對於物聯網（IoT）應用當中海量的邊緣側器件和設備來說，低功耗、低成本、小體積愈發重要。而作為物聯網重要的通信方式，藍牙的應用越來越廣泛，特別是在消費類領域，具有廣闊的應用拓展空間，發展前景很好，關鍵就看誰能在保證性能的情況下，將其成本和功耗優化得更好了。
Dialog半導體一直都在關注這一市場。最近該公司推出了一款面向消費類物聯網市場的藍牙方案：DA14531，該芯片還被命名為SmartBond TINY。
據Dialog半導體低功耗連接事業部總監 Mark de Clercq介紹，該公司的藍牙低功耗產品主要有兩個系列，分別是高端的DA146xx，以及針對消費類產品、主打靈活性和簡便性的DA145xx系列，DA14531是其最新產品。
Mark de Clercq把物聯網理解成金字塔，金字塔底端設備量比較大，成本低，越往上越高端，設備使用量越小，成本越高。最頂端的塔尖是一些定製化產品，成本非常高，用量並不多。
如下圖所示，最底層的標準化一次性設備，以往由於各種原因，如沒有意識到，或因為成本的緣故沒有能夠完全實現藍牙應用，而這正是DA14531的主攻市場。
TINY產品就是為了助推下一波十億IoT設備專門設計的，Mark de Clercq表示：“我們把0.5美元作為門檻，向任何系統添加藍牙低功耗連接功能的成本，目標是要降低到0.5美元，現在DA14531實現了這個目標。0.5美元，我們主要是針對高的年用量，也就是1000萬片用量的一次性設備。而且0.5美元不僅包含藍牙芯片本身，還包括外部的無源器件和晶振等。”
如果客戶是低的量，又想更節省成本、更快的上手的話，Dialog還推出了SmartBond TINY模塊，預計量產時間是2020年第二季度。對於沒有RF經驗，又想加快開發速度，而且對藍牙本身不太瞭解的客戶來說，這個模塊會更容易使用，而且，這個模塊是跨地區全面認證的。
在高年用量的情況下，該模塊的成本也很低，會小於1美元。如果用量少的話，價格會上浮一些。
這麼低的成本，到底是如何實現的呢？
說到成本，首先會想到物料，用到的物料越少成本越低。Dialog在設計TINY這款芯片的時候，也是先從這方面入手去考慮的。首先看芯片面積，降到了1.7×2.0mm，這樣，晶圓物料可以節省很多，再看芯片的外部元件，減少到只剩下6顆無源器件，包括2個電感器、3個電容器和1個外部晶振，實現了單個外部晶振的運行，而且不會有任何的功率損耗。
儘管成本下降了，但DA14531在性能和尺寸上沒有做任何的妥協，芯片的尺寸非常小，它還支持最新的藍牙5.1標準核心規範。
電源和電池方面，由於該芯片的功耗很低，允許使用更小的電池。而且上億的一次性設備用過之後，就會被廢棄，扔掉之後對環境也有影響，所以還要考慮這些電池對環境的影響。Dialog跟客戶一起識別了對環境影響最小的一次性電池，如一次性氧化銀電池、鋅空電池、鹼性或鈕釦電池。
同時，所有提到的這些元器件，都會安裝到PCB板上，也要保證佔板成本能夠降到最低，所以用了雙層電路板的設計方案。
性能
嵌入式微處理器基準評測協會（EEMBC）是世界領先的對嵌入式微處理器進行測評的協會，IoTMark是EEMBC新出臺的關於IoT測評的基準，藍牙低功耗這一塊叫做IoTMark-BLE。IoTMark-BLE主要針對邊緣節點做測評，DA14531在這個測評當中獲取了創歷史新高的18300分，功率效率比競品高35%。
從SmartBond TINY的電路框圖，可以看到它包含了獨立單片機所需要的所有組件。它支持藍牙5.1的核心規範協議棧，有復位電路，有所有需要的外設，還有內存。
該架構的最大特點就是集成了升壓DC-DC的轉換器，目前，這是唯一一款把升壓模式DC-DC轉換器集成到藍牙低功耗器件當中的芯片。
該芯片既可以作為一個獨立的芯片系統來使用，也可以做成模塊。由於集成了DC-DC轉換器，不僅支持降壓模式、升壓模式，還支持旁路模式，有時，旁路模式非常必要。該芯片的無線電可編程的輸出功率是-19.5到2.5dBm，靈敏度是-94dBm。同時又保持了智能喚醒功能，即便是所有的GPIO都處於休眠的時候也是保持活躍的，因此有外部的觸發可以將它們喚醒。
有的應用對於成本非常敏感，但是對於功率不太敏感的話，設計了旁路模式，它可以省掉電感器和電容器，這樣在整個成本上能夠節省3美分。封裝設計用的是雙層電路板的設計，沒有微過孔，因為微過孔會增加成本，這樣的設計節省了電路板的成本。這個產品能夠實現真正的單個32MHz外部晶振的運行。
如前文所述，電池的設計會變得越來越小，重要的一點是不能一次性吸入太大的電流。DA14531專門加了一個峰值電流限制器，使得從電池當中得到的電流在峰值時可以得到限制，不至於一下子把電池給毀壞了。在25攝氏度的時候可以保持240nA的休眠電流，如果是在相對低溫環境下，如5攝氏度，可以實現
150nA的休眠電流。在睡眠的模式是700nA。整個發射和接收電流加在一起，可以實現小於10甚至小於7毫瓦的功率，這個數字是非常了不起的。而且可以讓客戶去選擇無線電的輸出功率，這樣可以根據應用判斷是否需要這麼大的輸出功率，可以靈活調整。
應用
現有很多系統和設備的開發者將很多時間花在了MCU的運行上，很多設備，如打印機、咖啡機、機頂盒、插線板，用戶想讓它們變得更加智能，添加藍牙功能是一個很好的選擇，但是這些設備的用戶界面並不是非常成熟，可能就有幾個非常簡單的按鈕。
通過把藍牙低功耗連接功能用低成本的方式，添加到這些設備或系統上，就可以使設備上的用戶界面轉移到手機上。這樣不僅設置起來非常方便，在維護的時候，可以進行聯網診斷。
DA14531的一個重要應用領域就是智慧醫療，比如吸入器或注射器材。以吸入設備為例，哮喘病人需要長期用藥，還有糖尿病患者需要實時注射胰島。對於患者而言，記錄自己藥物的使用時間、用量和藥物類型，每天會是非常大的負擔。人在記錄的時候，不免會有一些意外情況或記錄不準確的時候，而當醫務人員需要準確的藥物用量數據來調整治療方案的時候，得到不準確的數據會影響治療。
為了減少人為的不確定性，可以用藍牙低功耗的連接功能，使吸入器可以與手機通信，將數據直接傳送到醫生那裡，這樣就能夠得到更加準確的實時數據，也能使病人得到更好的治療。
目前，該芯片方案已經開始量產了。提供FCGQFN和WLCSP兩種封裝。
軟件和工具
這款芯片有兩套開發套件：
第一套是Pro專業版開發套件，包括母板和子板，子板可以接入母板。母板可以實時測量功耗，連接傳感器和執行器等。它支持兩個標準：mikroBUS總線和Arduino Shield擴充板接口。
第二套是USB開發套件，它是Pro的簡易版，更簡單易用，作為USB dongle插到PC上去，它不能測量功耗，但是可以實現USB跟電腦連接。
Dialog還提供SmartBond生產線工具，能夠幫助客戶在生產和測試時，實現16臺設備同時運行。因為是16臺設備並行去編程和測試，每臺設備測試耗時不到1秒，從而幫助客戶實現更快、更輕鬆的量產，以節省成本。
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