降低藍(lán)牙裝置的功耗的方法
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藍(lán)牙規(guī)格
Bluetooth SIG降低藍(lán)牙裝置功耗最重要的方法，就是發(fā)展出EDR Bluetooth。藍(lán)牙無線電元件消耗的電力，取決于運(yùn)作時(shí)間的長(zhǎng)短。 v2.0+EDR 藍(lán)牙規(guī)格讓資料傳輸速度達(dá)到傳統(tǒng)藍(lán)牙的3倍(3Mbps 比 1Mbps)，這代表無線電波的運(yùn)作時(shí)間減少到三分之一，因此消耗的電量也減少至三分之一。
提高的資料傳輸率歸功于徹底改變資料封包的傳輸方式。
標(biāo)準(zhǔn)傳輸率(1Mbps C 例如像 v1.2 以前的藍(lán)牙版本 ) 封包中含有四個(gè)部份 :
1. 存取碼 (Access Code) C 接收裝置利用這個(gè)存取碼來辨識(shí)輸入端的傳輸作業(yè)
2. 封包表頭 (Header) C 描述封包的種類與長(zhǎng)度
3. 封包內(nèi)容 (Payload) C 實(shí)際傳送的資料內(nèi)容
4. 跨封包的 Guard Band (Inter-packet Guard Band)C將無線電波轉(zhuǎn)至下個(gè)頻帶
所有三個(gè)傳送部份都采用高斯頻率偏移調(diào)變機(jī)制 (Gaussian Frequency Shift Keying, GFSK)來處理射頻訊號(hào): 載波頻率偏移范圍為正負(fù)160 kHz，來代表零或一，每個(gè)符元(symbol)編碼出一個(gè)位元。符元傳輸率為 1 Msps (Mega Symbol Per Second)。存取碼、表頭、以及Guard Band保護(hù)頻帶等三個(gè)部份所需的資源，讓最高負(fù)載資料率達(dá)到 723 kbps。
Bluetooth EDR 封包仍對(duì)存取碼與表頭采用GFSK調(diào)變機(jī)制，但對(duì)Payload資料則使用以下二種其中之一不同的調(diào)變機(jī)制: 一種是強(qiáng)制性，提供2倍的資料傳輸率，能容許較高的噪音; 另一種是選擇性調(diào)變機(jī)制，提供3倍的資料傳輸率。
2倍資料傳輸率采用 π/4 Differential Quadrature Phase Shift 鍵移或 π/4-DQPSK技術(shù)。這種調(diào)變機(jī)制會(huì)改變載波的相位而不是頻率。 “Quadrature” 代表每個(gè)符元有四個(gè)可能的相位，讓每個(gè)符元中有兩個(gè)資料位元能進(jìn)行編碼。符元率維持不變; 因此資料傳輸率提高兩倍。
3倍資料傳輸率采用的是 8-DPSK (8-Phase Differential Phase Shift Keying)，這種機(jī)制類似 π/4-DQPSK，但能移至任何8個(gè)可能的相位。鄰近位置之間縮小的相位差，加上使用 ±π 相位跳變，意謂著 8-DPSK較容易受到干擾，但每個(gè)符元能編碼3個(gè)位元的資料。
在 EDR規(guī)格的成功邁入實(shí)際產(chǎn)品階段后，通過檢驗(yàn)的產(chǎn)品于2005年問市，SIG仍繼續(xù)研究各種新方法來降低耗電量。
CSR BlueCore以低功耗模式及內(nèi)部時(shí)脈進(jìn)一步降低耗電量
CSR的BlueCore晶片內(nèi)建的硬件時(shí)脈，能將數(shù)字元件與無線電加以區(qū)隔；關(guān)閉無線電；以及將晶片切換至淺層或深層睡眠模式。藉此提供甚至可超越Bluetooth SIG官方標(biāo)準(zhǔn)的低耗電效能。
低功耗模式以及內(nèi)部時(shí)脈
BlueCore晶片內(nèi)的硬件時(shí)脈能將數(shù)位元件與無線電加以區(qū)隔; 關(guān)閉無線電; 以及將晶片切換至淺層或深層睡眠模式。
圖 1 淺層睡眠模式的耗電量
在淺層睡眠模式時(shí)中，時(shí)脈速度從16MHz降低至0.125MHz ，電流從 10mA降低至 2mA (如圖1所示)
圖 2 深層睡眠模式的時(shí)脈結(jié)構(gòu)
在深層睡眠模式中，主要晶體加上所有其他時(shí)脈元件都被關(guān)閉，只留下1kHz給振U器 (Oscillator) 使用(如圖2所示)
在切換至深層睡眠模式時(shí)，BlueCore需要 20milliseconds (ms)的無作業(yè)空閑時(shí)間。在喚醒方面，晶體需要 5ms的時(shí)間來重新啟動(dòng)，元件需要約20ms的無作業(yè)時(shí)間(預(yù)測(cè))。BlueCore能透過排程警報(bào)，在下一次排定的作業(yè)之前喚醒元件，或是由PIO、UART、或USB連結(jié)埠傳送器的中斷，藉以離開深層睡眠模式。
晶片架構(gòu)
評(píng)論