圣杯是无线联接使用的纽扣电池使用寿命达10年-凡亿课堂

对于许多小的、便携式物联网(IoT)应用，“圣杯”是无线联接使用的纽扣电池使用寿命达10年。这并非易事，因为大多数便宜的纽扣电池提供的最大容量仅约240 mAh。通过选择睡眠电流消耗低的无线电系统单芯片(SoC)，短距离和长距离无线联接都可以达到10年。为了使容量较低的纽扣电池如240 mAh获得10年的电池使用寿命，无线设备通常在大部分时间处于睡眠状态，只是偶尔被唤醒以进行无线传输，如下图1所示。例如，相对于5秒的传输间隔（每小时120个无线传输）而言，7毫秒的唤醒时间产生的占空比为0.14％唤醒时间和99.86％休眠时间。因此纽扣电池要实现10年电池使用寿命，低功耗的深度睡眠必不可少。图1.睡眠和唤醒时间占空比为了达到10年的电池使用寿命，蓝牙低功耗是短距离到中距离无线联接的首选，取决于发射(Tx)和接收(Rx)功率，通常为30至50米。对于任何超过1000米的更长距离，Sub Gigahertz软件定义的无线电(SDR)是理想的选择。蓝牙低功耗广告蓝牙低功耗使用40通道分区（相隔2 MHz）在2.4 GHz ISM频段运行。三个RF通道（37、38和39）专用于广告功能，可发现附近可用的设备。通道0-36专用于数据。广告通道（图2）分配在频谱的不同部分，以提供抗802.11 / Wi-Fi干扰的能力。图2.蓝牙低功耗广告通道(来源Accton Marketing)广告包广告包的数据单元称为协议数据单元(PDU)，具有一个两字节的标头，用于指定数据有效载荷的类型和长度，最多37个字节（广告地址为6个字节，数据为31个字节）。图3.蓝牙低功耗广告包(来源Accton Marketing)可联接的对比不可联接的蓝牙低功耗广告包可以是可联接的(Connectable)或不可联接的(Non-connectable)。图4描绘了功率分析仪捕获的RSL10系统级封装(RSL10 SIP)蓝牙低功耗模块可联接（左）和不联连接（右）的“3广告”事件，发送功率均为0 dbm。虽然两个事件都使用通道37、38和39，并持续7毫秒，但Connectable事件包括每个通道的RX脉冲。这是有道理的，因为Connectable事件也希望接收。所得的功率分析仪测量结果显示可联接的平均电流为711.624uA，不可联接的为504.307uA。同时，对于蓝牙低功耗协议栈，RSL10 SIP的深度睡眠电流为160 nA（用于保留16 kbB RAM），并运行一个内部计时器以自唤醒。图4.可联接的对比不可联接的广告包RSL10 SIP电池使用寿命(5字节)在上述条件下，图5证实RSL10 SIP实际电池寿命将在10.97年（2.5秒广告间隔，可联接的）到27.26年（5秒广告间隔，不可联接的）之间。这些计算基于使用240 mA CR2032纽扣电池和5字节数据传输(PDU)。图5.?RSL10 SIP实际电池使用寿命理想的电池使用寿命对比实际的电池使用寿命锂离子纽扣电池随附数据表，绘制给定负载的连续放电特性。在图6中的CR2032电池示例中，该图捕获了恒定190 uA负载的放电曲线。捕获的图5中RSL10 SIP平均电流范围为865nA至1.57uA，比190 uA曲线轻得多。当我计算“理想VBAT”时，我用库仑计测量240 mAh ，从100％充满电量到0％电量为空，由标有“理想VBAT”的红色虚线表示。纽扣电池实际上永远不会表现出红色虚线。知道“实际VBAT”放电曲线位于红色虚线和蓝色CR2032 190 uA放电曲线之间的某个位置，因此我已将“理想VBAT”降额15％，以得出绿色的“实际VBAT”放电曲线。图6.连续放电特性如果将数据大小从5字节增加到31字节，则下面的图7展示了RSL10 SIP电池的使用寿命。图7.?RSL10 SIP电池使用寿命(31字节)专有RF协议专有的Sub-GHz无线电旨在用于更长距离的无线传输。凭借153 db（16 dbm Tx功率和-135 Rx灵敏度）的链路预算，AXM0F24窄带SoC可以传输37公里或23英里（915MHz，30db衰减余量）的距离。对于1.1公里的距离，AXM0F243超过了所需的10年实际电池使用寿命。图8.AXM0F243实际电池使用寿命使用合适的无线电SoC用于短距离和长距离传输都完全有可能实现10年的电池使用寿命。

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