Beacon技術(shù)為各種細(xì)分市場(chǎng)（包括零售，運(yùn)輸和酒店行業(yè)）的輔助應(yīng)用提供了極具吸引力的機(jī)會(huì)。隨著公司急于向快速發(fā)展的市場(chǎng)提供基于信標(biāo)的解決方案，信標(biāo)設(shè)計(jì)人員面臨著對(duì)更快交付這些小型無(wú)線(xiàn)設(shè)備的需求，以及對(duì)擴(kuò)展，免維護(hù)操作的更高期望。通過(guò)將無(wú)線(xiàn)處理器與專(zhuān)用能量采集IC相結(jié)合，工程師可以快速創(chuàng)建能夠在不更換電池的情況下運(yùn)行多年的信標(biāo)設(shè)計(jì)。

信標(biāo)正在成為旨在提供基于位置的協(xié)助的策略中越來(lái)越重要的元素對(duì)個(gè)人 - 幫助引導(dǎo)乘客通過(guò)機(jī)場(chǎng)，客人到酒店房間，甚至棒球迷更好的座位。在零售業(yè)中，信標(biāo)技術(shù)被視為有助于影響購(gòu)物者在商店選擇產(chǎn)品的強(qiáng)大催化劑（圖1）。

圖1：基于藍(lán)牙的小型設(shè)備因其影響零售銷(xiāo)售和跨不同細(xì)分市場(chǎng)提供基于位置的服務(wù)的能力而迅速受到關(guān)注。 （北歐半導(dǎo)體公司提供）

事實(shí)上，市場(chǎng)分析師BI Intelligence預(yù)測(cè)，2015年美國(guó)零售銷(xiāo)售額已直接影響超過(guò)40億美元，僅2016年就會(huì)影響該數(shù)量的十倍。另一家分析公司ABI預(yù)測(cè)，到2018年，超過(guò)8億部智能手機(jī)將依靠信標(biāo)進(jìn)行室內(nèi)定位，實(shí)現(xiàn)與智能手機(jī)應(yīng)用程序相同的GPS使用水平。事實(shí)上，憑借其能夠利用全球74億智能手機(jī)用戶(hù)的安裝基礎(chǔ)，信標(biāo)技術(shù)為越來(lái)越多利潤(rùn)豐厚的應(yīng)用提供了關(guān)鍵推動(dòng)因素。

Beacon運(yùn)營(yíng)

潛在的信標(biāo)設(shè)備概念簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)用于在短至幾厘米或長(zhǎng)達(dá)數(shù)百米的范圍內(nèi)傳輸少量信息。用于微定位應(yīng)用的信標(biāo)只需要無(wú)線(xiàn)發(fā)射器，一些用于唯一ID的非易失性存儲(chǔ)器，以及用于處理通信協(xié)議的MCU。設(shè)計(jì)用于傳輸環(huán)境數(shù)據(jù)（如溫度或濕度）的信標(biāo)只需添加適當(dāng)?shù)?a href="http://m.xsypw.cn/v/tag/117/" target="_blank">傳感器和傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能 - 這些要求通常可以通過(guò)集成在這些設(shè)計(jì)中使用的許多MCU中的模擬外設(shè)來(lái)滿(mǎn)足。

信標(biāo)可以在無(wú)線(xiàn)應(yīng)用中擔(dān)任多種角色。廣播信標(biāo)僅設(shè)計(jì)有無(wú)線(xiàn)電發(fā)射機(jī)，旨在傳輸少量信息以供任何兼容主機(jī)接收。例如，旨在幫助航空公司乘客找到其門(mén)的廣播信標(biāo)將定期發(fā)送唯一ID。反過(guò)來(lái)，智能手機(jī)應(yīng)用程序?qū)⑹褂么诵畔⒃诤娇展窘K端內(nèi)準(zhǔn)確地放置用戶(hù)。

設(shè)計(jì)用于雙向通信的信標(biāo)用作外圍設(shè)備，旨在向主機(jī)提供信息或作為用于從外圍設(shè)備收集信息的中央設(shè)備。在典型的信標(biāo)應(yīng)用中，外圍信標(biāo)與諸如智能手機(jī)或其他通信集線(xiàn)器的主機(jī)交互。例如，心率監(jiān)視器中的外圍信標(biāo)可以與主機(jī)交互以相互驗(yàn)證用戶(hù)的健康數(shù)據(jù)的交換，或者在需要時(shí)執(zhí)行信標(biāo)固件的無(wú)線(xiàn)更新。

Beacon技術(shù)依賴(lài)于藍(lán)牙低功耗（BLE），它不僅利用幾乎所有移動(dòng)產(chǎn)品中內(nèi)置的藍(lán)牙功能，而且在無(wú)線(xiàn)電操作期間也表現(xiàn)出非常低的功率要求。實(shí)際上，BLE仍然是最有效的短程無(wú)線(xiàn)電通信技術(shù)之一：它消耗大約0.153μW/bit - 這是另一種流行的短程無(wú)線(xiàn)電技術(shù)ZigBee所需的一小部分，ZigBee需要大約185.9μW/bit（見(jiàn)TechZone文章“比較低功耗無(wú)線(xiàn)技術(shù)”）。此外，在實(shí)踐中，BLE設(shè)備通常在大多數(shù)時(shí)間處于睡眠模式（圖2）。實(shí)際連接時(shí)間僅持續(xù)幾毫秒，因此總體功率要求仍然非常低。

圖2：BLE信標(biāo)大部分工作時(shí)間都處于睡眠狀態(tài)模式，短暫?jiǎn)拘岩詮V播信息或連接到主機(jī)以進(jìn)行雙向通信 - 從而降低了這些設(shè)計(jì)的總體功率要求。 （由德州儀器提供）

在構(gòu)建信標(biāo)設(shè)備時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以利用越來(lái)越豐富的集成解決方案，旨在滿(mǎn)足功能要求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)極低的功耗。 BLE系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）器件，如STMicroelectronics BLUENRG-MSCSP，Nordic Semiconductor NRF51822和Texas Instruments CC2541，將低功耗處理器內(nèi)核與片上BLE無(wú)線(xiàn)電相結(jié)合，簡(jiǎn)化了信標(biāo)設(shè)計(jì)。與此類(lèi)別中的其他設(shè)備一樣，這些BLE SoC中的每一個(gè)都提供節(jié)能無(wú)線(xiàn)電操作以及低功耗模式，在睡眠狀態(tài)期間將功耗降至一或兩微安。

環(huán)境功率

隨著這些超低功耗BLE SoC的推出，工程師可以使用CR2032等小型電池設(shè)計(jì)能夠運(yùn)行數(shù)月的信標(biāo)。然而，大規(guī)模微定位應(yīng)用可能需要放置數(shù)十甚至數(shù)百個(gè)這些設(shè)備以提供高度準(zhǔn)確的位置數(shù)據(jù)。因此，實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)時(shí)間無(wú)需維護(hù)的操作的能力對(duì)于希望一次放置信標(biāo)并且不擔(dān)心下游維護(hù)和相關(guān)成本的組織來(lái)說(shuō)是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。

憑借其低功耗要求，信標(biāo)是理想的候選者使用能量收集技術(shù)。實(shí)際上，由于信標(biāo)通常放置在高度交通，光線(xiàn)充足的地方，工程師可以制造信標(biāo)設(shè)備，這些信標(biāo)設(shè)備只能從室內(nèi)照明中獲取的能量進(jìn)行操作。對(duì)于這些應(yīng)用，工程師可以通過(guò)將TI CC2541等超低功耗BLE SoC與TI BQ25505等專(zhuān)用能量采集電源管理IC（PMIC）相結(jié)合，構(gòu)建高效的環(huán)境供電信標(biāo)（圖3）。

圖3：由于功耗極低，德州儀器CC2541等BLE SoC可以通過(guò)專(zhuān)用能源管理的環(huán)境功率運(yùn)行 - 收集TI BQ25505等IC。 （德州儀器公司提供）

BQ25505設(shè)計(jì)用于從僅提供微瓦能量的電源提取能量，可以管理能量收集電源管理的所有方面，包括能量傳感器管理，能量存儲(chǔ)管理和負(fù)載管理。為了從室內(nèi)光源提取功率，BQ25505和此類(lèi)設(shè)備中的其他設(shè)備通常提供最大點(diǎn)功率跟蹤（MPPT）功能，旨在確保太陽(yáng)能電池有效地從可用光線(xiàn)中提取最大功率。該器件可以在超級(jí)電容器或可充電電池中節(jié)省多余的能量，管理特定類(lèi)型的能量存儲(chǔ)設(shè)備所需的特定充電/放電曲線(xiàn)。在負(fù)載方面，該設(shè)備可以在環(huán)境光源和存儲(chǔ)電源之間切換電源。

在許多信標(biāo)應(yīng)用中，超級(jí)電容器為可充電電池提供了有效的能量存儲(chǔ)替代方案。與典型的可充電電池不同，超級(jí)電容器靜電存儲(chǔ)電荷。由于在電極和電解質(zhì)之間發(fā)生很少或沒(méi)有反應(yīng)，超級(jí)電容器可以執(zhí)行數(shù)十萬(wàn)次充電和放電循環(huán)。此外，雖然電池表現(xiàn)出很少或沒(méi)有低于其工作電壓閾值的容量，但超級(jí)電容器即使在較低電壓下也能提供容量。因此，超級(jí)電容器在延長(zhǎng)壽命和低電壓操作方面具有優(yōu)勢(shì)，這對(duì)于信標(biāo)應(yīng)用尤其重要。

為了控制電源和負(fù)載之間的連接，TI BQ25505 PMIC - 與此處的許多設(shè)備一樣class - 包括用于操作外部FET負(fù)載開(kāi)關(guān)的片上柵極驅(qū)動(dòng)器，用于斷開(kāi)負(fù)載與能源的連接或在更復(fù)雜的設(shè)計(jì)中在不同電源中復(fù)用。對(duì)于圖3中建議的特定信標(biāo)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員可以使用BQ25505的VB_SEC_ON信號(hào)來(lái)控制這樣的負(fù)載開(kāi)關(guān)。在正常操作中，BQ25505的VBAT_OK信號(hào)保持高電平，同時(shí)電池輸出仍然高于可用電平。

提供反相VBAT_OK信號(hào)，VB_SEC_ON可用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)隔離FET的柵極。當(dāng)來(lái)自超級(jí)電容器（在這種情況下）的電壓低于閾值電壓時(shí)，BQ25505關(guān)閉負(fù)載開(kāi)關(guān)以斷開(kāi)BLE SoC，而不是讓它在欠壓條件下工作。除了添加合適的FET和相關(guān)的無(wú)源元件（包括簡(jiǎn)單天線(xiàn)）之外，能量采集BQ25505 PMIC和CC2541 BLE SoC的這種組合可以作為環(huán)境供電信標(biāo)解決方案所需的完整硬件補(bǔ)充。

總而言之，

Beacon應(yīng)用程序正在迅速成為物聯(lián)網(wǎng)（IoT）中首批大規(guī)模部署之一。對(duì)于信標(biāo)開(kāi)發(fā)者而言，不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求轉(zhuǎn)化為需要更快速地開(kāi)發(fā)能夠作為僅發(fā)送廣播設(shè)備或能夠發(fā)送和接收無(wú)線(xiàn)通信的外圍設(shè)備操作的合適信標(biāo)設(shè)計(jì)。雖然BLE SoC為信標(biāo)設(shè)計(jì)提供了快速解決方案，但這些SoC與專(zhuān)用能量采集IC的結(jié)合提供了一種有效的方法，可以創(chuàng)建無(wú)需電池即可運(yùn)行多年的免維護(hù)信標(biāo)。