Anonim

Les communications sans fil à courte portée et à faible vitesse dans les appareils électroniques grand public sont devenues presque synonymes de Bluetooth. Cela est dû en partie au soutien de l'ambitieux groupe d'intérêt spécial Bluetooth, et en partie au simple fait que Bluetooth fonctionne.

En effet, des efforts consacrés à la définition de la norme et à la production d’un protocole assurant la compatibilité en amont, à l’existence de nombreux «Bluetooth Unplug Fests», Bluetooth a sans aucun doute contribué à simplifier l’incorporation des communications sans fil dans une vaste gamme d’applications. Celles-ci incluent, par exemple, les communications sans fil entre un PDA, un casque, un téléphone mobile et un ordinateur portable dans un réseau personnel sans fil ou un agencement «piconet».

Pourtant, malgré ses avantages, le Bluetooth n’est pas sans inconvénients. Celles-ci deviennent particulièrement évidentes pour les applications de batterie «critiques en termes de coût et d’énergie» telles que les souris sans fil, les claviers, les manettes de jeu, les équipements sportifs intelligents tels que les montres et les jouets. Dans ce type de produits, les concepteurs doivent éviter de se laisser aveugler par la notoriété de Bluetooth, car des alternatives RF propriétaires et bien établies existent et peuvent être beaucoup plus adaptées.

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La raison sous-jacente est que la force de Bluetooth - la capacité de former et de gérer facilement un piconet ad hoc de huit périphériques maximum (un maître et sept esclaves) - constitue également une faiblesse des applications point à point alimentées par batterie .

Le maître détermine les 1 600 fréquences à utiliser chaque seconde sur la bande nominale de 2, 4 GHz. En fonctionnement, le maître envoie un paquet de 160 bits toutes les 675 µs (débit de données net de 256 kbit / s) pour maintenir la liaison, que le périphérique cible soit utilisé ou non.

Ce schéma de synchronisation a été développé pour éviter les conflits inévitables qui se produiraient dans un piconet si le maître transmettait de manière aléatoire aux esclaves. Et bien que le standard Bluetooth prévoie le renvoi des paquets manquants ou corrompus, cela compromet davantage le taux de transfert des données et la consommation électrique.

En réalité, bien que la synchronisation soit un avantage distinct pour le maintien de la transmission de données lorsque plusieurs périphériques communiquent sur un même piconet, elle constitue un réel inconvénient pour les applications point à point. La simplicité de ces applications ne nécessite pas de synchronisation, mais cette fonctionnalité est forcée à être utilisée car elle fait partie du standard Bluetooth. En conséquence, la liaison est ralentie par des paquets de synchronisation inutiles et l'émetteur consomme plus d'énergie en raison du cycle de service accru.

Cependant, il existe des technologies alternatives éprouvées qui prétendent résoudre ce problème. Considérons une alternative - l’émetteur-récepteur intégré 2, 4 GHz nRF24L01 de Nordic Semiconductor - telle qu’elle est utilisée dans une montre de sport intelligente.

La montre de sport est conçue pour surveiller et enregistrer les données d'un moniteur de pouls sans fil en contact avec le poignet ou la poitrine de l'utilisateur.

Une utilisation typique est de 10% d’activité active et de 90% de veille, avec un cycle de communication en émission et en réception toutes les 500 ms de fonctionnement en période active du cycle de travail.

Avec une charge utile de 32 bits, la longueur du paquet propriétaire sera toujours environ la moitié de celle d'un paquet Bluetooth (88 par rapport à 160 bits).

De plus, Bluetooth fonctionne à un débit nominal maximum de 1 Mbit / s par rapport aux 2 Mbit / s du système propriétaire. Par conséquent, on peut constater que la demande en bande passante de Bluetooth est quatre fois supérieure à celle du système exclusif pour effectuer le même travail, ce qui augmente la consommation d’énergie.

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Le diagramme de séquence (ci-dessus) de la conception brevetée montre que la partie fréquence cardiaque de l'appareil est active pendant 130 + 64 + 130 + 24 = 348µs et la partie montre-bracelet de l'appareil pour 130 + 64 + 130 + 24 + 130 + 64. 542µs.

Pour le cycle de communication typique de 500 ms, cela donne un cycle de travail réel de 1: 922. Étant donné que la durée d'activité au cours du cycle de communication de 500 ms est relativement courte, la consommation de courant moyenne en utilisation «constante» est de 13 µA.

Bien que Bluetooth ait également une consommation de courant moyenne de 45 mA lorsqu'il est actif, il continue de fonctionner à 15 mA en mode 'inactif' pour maintenir la synchronisation. Cela signifie que la consommation actuelle est dominée par la partie RF. Etant donné qu'une pile bouton au lithium de 3, 0 V typique ne peut pas dépasser 20 mA maximum, une conception basée sur Bluetooth nécessiterait une pile AAA dans la montre et le détecteur cardiaque, ce qui augmenterait considérablement le volume et le poids de l'application.

En mode de réception, le dispositif propriétaire peut également recevoir des données via six canaux de données au maximum, chacun attribué à une adresse 40 bits sur le même canal de fréquence, afin de constituer un concentrateur sans fil pour un maximum de six périphériques en communication simultanée.

Cela signifie qu'il peut également être utilisé pour surveiller jusqu'à six paramètres (tels que des capteurs de fréquence cardiaque, de vitesse ou de couple) dans l'application ci-dessus. Cela pourrait s'avérer peu pratique pour Bluetooth étant donné que chaque canal réduit la consommation d'énergie.

L’essentiel, c’est que Bluetooth s’est avéré un moyen très efficace d’intégrer la connectivité sans fil à des appareils tels que les téléphones mobiles où les cycles de fonctionnement courts et la compatibilité universelle sont la norme. Et adhérer à la norme Bluetooth élimine certainement une grande partie du défi de conception.

Mais pour de nombreuses applications portables à faibles cycles de travail, Bluetooth peut être beaucoup plus exigeant pour les batteries que les approches alternatives.