在個人局域網(wǎng) (PAN) 方面，沒有一種技術(shù)比藍牙更普及，隨著藍牙 5 的出現(xiàn)，其吸引力將不斷增強。最新版本的規(guī)格發(fā)生了重大升級，因為它包括對網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的支持，這種拓?fù)湓试S在各個設(shè)備之間建立直接連接，而無需中央集線器。這將導(dǎo)致藍牙 PAN 在其尺寸和設(shè)備數(shù)量方面不受約束，這在 IoT 中具有明顯優(yōu)勢。其他積極的改進包括范圍、有效載荷的大小以及功耗，所有這些都將提高藍牙的適用性，從而增加服務(wù)設(shè)備的數(shù)量。

Dialog Semiconductor 的 DA14586 是首批支持藍牙 5 的集成器件之一。這種高度集成的 SoC 具有三個處理器： 用于應(yīng)用代碼的 ARM? Cortex?-M0 內(nèi)核、用于鏈路層的專用處理器和 AES 128 位加密處理器。它還集成了一個支持單線天線的 2.4 GHz 無線電收發(fā)器。諸如 DA14586 的器件尺寸小巧、集成度高且對功耗要求較低，是可穿戴設(shè)備的理想之選。在此類應(yīng)用中，將可能在 PCB 上實施天線，以進一步減少 BOM 和總系統(tǒng)基底面。一般來說，這是理想的用例，但與任何射頻設(shè)計一樣，應(yīng)采取一些預(yù)防措施。例如，該器件需要一個使用盡可能多通孔進行連接的良好且堅固的接地平面，以及一個整體緊湊的基底面，以最大限度地減少在較高頻率下工作的元件之間的交叉耦合。通過使用多層 PCB 來幫助實施最常見的天線格式(即倒 F 天線 (IFA))，可以非常容易地實現(xiàn)這一點。當(dāng)應(yīng)用于藍牙鏈路時，可以使用折疊的 IFA 格式(相對于展開式 IFA)將所需的 PCB 面積減少一半，但仍可提供可接受的帶寬。圖 1a 和 1b 分別顯示了在 DG14586 的多層 PCB 頂層實施的全尺寸印刷及以縮減尺寸印刷的 IFA。

圖 1b： 在 1 mm 基底上以縮減尺寸印刷的 IFA。

多協(xié)議解決方案

雖然藍牙非常普及的，但它并不是 IoT 中唯一使用的無線協(xié)議。任何單一協(xié)議都不太可能滿足所有應(yīng)用的要求，因此對在 2.4 GHz ISM 頻段實施多協(xié)議共存的需求將會持續(xù)一段時間。為此，一些制造商現(xiàn)推出可以在同一設(shè)備中實施多種無線協(xié)議的器件，這為制造商和消費者提供了最大的選擇空間。

一個最好的例子就是 Silicon Labs 的 Mighty Gecko 多協(xié)議無線 SoC 系列。由具有 DSP 擴展功能的高性能 ARM Cortex-M4 提供動力，EFR32MG12 可支持 ZigBee、Thread、藍牙 5 和專有協(xié)議。它還集成了許多適用于 IoT 應(yīng)用的 Silicon Labs 外設(shè)，例如，其低能量傳感器接口 (LESENSE) 和多通道電容感應(yīng)接口 (CSEN)。

顯示了完全集成且靈活的無線電收發(fā)器，包括一個片上平衡不平衡轉(zhuǎn)換器。憑借 RFSENSE 塊，器件可以在接收到射頻信號時進行喚醒，并自主解調(diào)該信號(無需喚醒 MCU)，該功能旨在最大限度地延長由電池或所收集能量供電的應(yīng)用的壽命。

圖 2： EFR32MG12 中完全集成的。EFR32 系列非常適用于從太陽能、熱能或振動等可再生能源收集能量的應(yīng)用。甚至可以在工業(yè)應(yīng)用中通過從 4-20 mA 電流環(huán)路收集的能量來運行 EFR32。圖 3 展示了低功耗工作的 EFR32 如何使設(shè)備通過收集的能量來運行。

圖 3： 低功耗模式可以幫助實現(xiàn)僅通過收集的能量來運行的 IoT 應(yīng)用。高效管理在能量收集應(yīng)用中非常重要，其中包括存儲任何不立即使用的能量?？梢詫嵤┲T如電解電容器、超級電容器或小型充電電池的能量庫。由于在啟動時存在電流浪涌，還可能需要包括在能量庫充足電之前抑制 SoC 上電的方法。圖 4 是如何實施這種電壓控制電源開關(guān)的概念圖。應(yīng)在開關(guān)中設(shè)計滯后，以防止在啟動期間電壓電平降至欠壓水平時 MCU 掉電。

圖 4： 實施電壓控制電源開關(guān)。