一款蓝牙低功耗SoC将数以十亿的IoT设备连接成本降至 0.5美元
万物互联的时代正在开启，IoT设备对无线连接的需求与日俱增，然而一些标准化一次性消费类、智慧医疗、智能家居等设备目前还未添加无线连接功能，例如咖啡机、注射器、配药机、温度计等，主要原因是给这些设备添加无线连接的成本过于昂贵，为了解决IoT设备成本上升的挑战，Dialog 公司推出一款小尺寸的低功耗蓝牙SoC-SmartBond TINY。激动人心的是，该芯片可以将设备添加蓝牙连接功能的成本降低至0.5美元，让数以十亿的IoT设备不但具备了无线连接功能，而且可以大大降低连接的成本,从此变得智能化。
近日Dialog公司在北京发布了这款低功耗蓝牙SOC-SmartBond TINYDA14531。Dialog半导体公司低功耗连接事业部总监Mark de Clercq表示，针对年用量在1000万片以上的一次性设备，SOC-SmartBond TINY将任何系统添加蓝牙低功耗连接功能的成本降低至0.5美元，更重要的是0.5美元不仅仅包含蓝牙芯片本身，而且还包括外部的一些无源器件和晶振等。他还强调，尽管成本下降了，但该芯片在性能和尺寸上不做任何妥协。换句话说，SmartBond TINY芯片尺寸更小，仅为现有方案的一半，成本较低，同时支持最新的蓝牙5.1标准的核心规范。
Dialog半导体公司低功耗连接事业部总监Mark de Clercq
Mark将物联网比喻成金字塔，最顶端可以理解为一些高端定制化产品，需求量不大，成本较高；逐渐往下走是一些定制化向标准化转变的产品，如一些标准化可充电产品；最低端为标准化可替换的设备，这个金字塔的底端设备用量较大，成本较低，因其成本的缘故，有些设备还没能完全实现连接，而DA14531即TINY系列产品的使命便是助力下一波十亿物联网设备实现连接功能。
SoC-SmartBond TINY DA14531
超低成本是如何做到的？
那该器件的低成本是如何实现的呢？据Mark介绍，首先从物料方面看，毋庸置疑物料越少成本越低。DA14531芯片面积仅有1.7×2.0mm，不但从晶圆上做了节省，而且在芯片外部的元器件也保持在最小的用量，减少至6颗无源器件，包括2个电感器、3个电容器和1个外部晶振，实现了单个外部晶振的运行，并且没有任何的功率损耗。
其次在电源上，Dialog是唯一一家将降压/升压集成的公司，成本节省0.2美金；对于一些对成本敏感而功率可以让步的应用，Dialog设计了旁路模式，可以省掉电感器和电容器，整体成本可以节省3美分。
DA14531选择了更适用于一次性设备的低功耗、小型电池。另外从环保方面讲，如何使上亿的一次性设备废弃后对环境造成极小的影响？Mark 表示，DA14531选用对环境影响最小的一次性电池，比如一次性氧化银电池、锌空电池、碱性或钮扣电池。
在封装设计上，DA14531采用双层电路板的设计方案，无需微过孔，降低了PCB成本。
单个32MHz外部晶振运行，无需32kHz, 且不会造成功率损耗，成本节省7美分（1百万片用量）
成本降低，性能不妥协
SmartBond TINY 通过了世界领先的嵌入式微处理器测评协会-EEMBC的 IoTMark™-BLE测评，主要针对边缘节点，将设备连接到传感器读取并处理数据，再从空中发送到另外一个设备上。Markt称，在这个测评中SmartBond TINY获取了创历史新高的18300的分数，在功率效率上比竞品高达35%。
低功耗是如何实现的？
Mark介绍，SmartBond TINY 搭载了一个专用于峰值电流限制器的电源管理，使得从电池当中得到的电流在峰值时得到限制，避免对电池进行毁坏。从中可以实现一些关键数据，在室温25摄氏度的时候保持240nA的休眠电流，反之在相对低温5摄氏度进行冷存时，可以达150nA的休眠电流，另外睡眠模式700nA以及1.6uA下，所有内存均处于活跃状态，随时可以被唤醒。
Mark强调说，整个发射、接收电流，可以实现小于10甚至小于7毫瓦的功率，这个数字是非常了不起的。并且用户可以根据所需去选择无线电的输出功率，做灵活调整。
关键特性
在谈到SmartBond TINY技术细节上，Mark 展示了一张电路框图，该器件包含了独立单片机所需的所有组件，支持蓝牙5.1的核心规范协议栈、不仅可以作为独立的芯片系统来使用，同时也可以作为模块嵌入到更大的微控制器单元中，集成的DC-DC转换器，支持降压模式、升压模式、旁路模式；无线电可编程输出功率为-19.5到2.5dBm，灵敏度为-94dBm。同时SmartBond TINY保持了智能唤醒的功能；集成温度传感器。
目标市场
DA14531以较低成本应用到一些智慧医疗如注射器、吸入器、血压监测仪、温度贴；用app轻松调试设备，如机顶盒、打印机、相机、咖啡机、无线访问接入点；低成本遥控器；简单的无线传感器，如无线温度计；食器/药物冷链监控；物品追踪设备中，还可为现有MCU设计轻松添加蓝牙传输通道。
举个智慧医疗方面的例子，以往的一些设备如体重秤、温度计或温度贴在使用上都有一些局限性，以吸入设备来说，像患有哮喘的病人，需要长期服药。又比如糖尿病患者需要实时注射胰岛素。记录自己药物的使用时间、用量和药物类型，为患者增加了很大的负担，产生一些误差也在所难免，但医务人员需要准确的药物用量数据来调整治疗方案。为减少人为的不确定性，今后可以用蓝牙低功耗的连接功能，将吸入器设备数据直接传送到手机，医生可以看到准确的实时数据，从而得到更好的治疗效果。
软件和工具
为了使这一款芯片能够更好、更简便地使用，Dialog还提供相关软件和工具。如下是两个开发套件：Pro专业版，包括了母板和子板，子板可以接入母板。母板可以实现一些功能，比如实时测量功耗、连接传感器和执行器等。支持两个标准：mikroBUS总线和Arduino Shield扩充板接口。USB开发套件，为Pro的简易版，实现USB与电脑连接。
针对于低用量客户，Dialog推出了SmartBond TINY模块，预计在2020年第二季度量产。对于一些没有足够的RF经验，对蓝牙本身也不太了解的工程师，该模块可以让你轻松入手，且缩短上市时间。
Dialog半导体业务状况
Dialog蓝牙低功耗SoC针对不同市场需求，DA146xx系列为高端产品，可扩展性能更强，有丰富的外设组合和卓越的安全性；而DA145XX系列主要面向低端消费类产品，主打灵活简便性，低功耗、小尺寸、低成本是该系列产品的方向。迄今为止Dialog已经出货了3亿颗蓝牙低功耗SoC，而且年平均增长率是50%左右。
据了解，Dialog半导体三大业务板块包括混合信号、蓝牙低功耗连接技术、音频等等。Mark 透露Dialog2018年营收14.42亿美元，同比增长7%。今年一至三季度已经实现了10.4亿美元的营收，其中第三季度的营收为4.09亿美元。物联网时代的开启为众多企业带来了新的机会与挑战，这对于Dialog也不例外，Mark分享到他们重要关注物联网的四个细分行业，包括连网消费、智慧医疗、智能家居、智能家电；另外移动、汽车、计算和存储也是他们的重点关注领域。Dialog预测，凭借该公司的电源转换、连接技术、可配置混合信号、音频和充电 IC 产品所针对的市场，预计将以 13% 的年复合增长率增长，到2021年达到130 亿美元的市场总额。
