IoT模块设计：Dialog蓝牙控制器+博世传感器

可使用的天线类型很多，包括印制或陶瓷天线，但每种天线各有其优点和缺点。

　　物联网传感器参考设计

　　这里我们介绍一种包含上述所有特征的物联网传感器参考设计，以及实现可穿戴设备应用最佳系统尺寸的硬件设计考虑事项。该参考设计基于Dialog半导体公司的高度集成DA14583蓝牙智能控制器，可减小系统尺寸和成本。它包括用于加快设计先进物联网设备需要的所有关键硬件和软件。

　　该参考设计是为可穿戴计算、浸入式游戏、增强现实以及3D室内地图和导航应用设计运动感测模块的完整开发平台。它结合了蓝牙无线通信和ARM Cortex-M0处理器与加速计、陀螺仪、磁强计和环境传感器，非常适合资源有限的系统，因为它可以最大限度降低内存和处理要求及功耗。该参考设计的主要元件是DA14583系统级芯片（SoC）和博世传感器。

　　DA14583 SoC具有针对蓝牙智能技术的完全集成式无线电收发器和基带处理器。它可以用作独立应用处理器或托管系统中的数据泵。DA14583蓝牙智能SoC带有集成式SPI闪存，且需要的外部元件非常少。另外，它还采用非常小的QFN40封装。

　　DA14583的功耗达到了空前低的水平。其在睡眠模式（仅为保留内存供电）下的电流消耗仅0.5 μA，当为所有系统内存供电时，睡眠电流为1.2 μA。在3V电源电压条件下，发射和接收模式下的总体电流消耗分别为4.8mA和5.1mA。这一低功耗有助于优化电池尺寸。非常小的电池就能让SoC使用几个月之久。该DA14583是高度可配置的，它支持OTP，为连接传感器提供了大量接口，并能读取来自集成式模/数转换器的模拟数据。

　　选择博世传感器的原因是其低功耗、卓越的软件支持和高度可配置性，能轻松适应客户的需要。此外，博世传感器集成度高，并采用非常小的封装。

　　该参考设计中使用的传感器描述如下：

　　BMI160（惯性传感器 – 陀螺仪）：是一种低功耗、低噪声16位惯性测量单元，针对需要高度准确的实时传感器数据的移动设备及室内应用而设计。在完全工作模式下，加速计和陀螺仪启用，电流消耗典型值为950 μA，能够确保电池供电式设备上安装的应用程序始终在线。

　　BMM150（地磁传感器）：是一种用于指南针应用的低功耗、低噪声 3 轴数字式地磁传感器。基于博世的专有 FlipCore 技术，BMM150 的性能和特性经过仔细调优，可完全满足 3 轴移动设备应用（如电子指南针、导航和增强现实）的苛刻要求。

　　BME280（环境传感器）：是一种专为低功耗应用开发的集成式环境传感器。内置湿度传感器具有极快的响应时间，可满足新兴应用（如情境感知）的性能要求。该传感器在宽温度范围上提供高测量精度。湿度传感器具有极快的响应时间，而压力传感器是完全气压式的，具有异常高的精度和分辨率及非常低的噪声。

　　在进行系统设计时必须确保实现不受干扰的高性能，同时保持低功耗和占用最小的PCB面积。PCB布线期间必须考虑磁电机带来的限制因素。磁电机应当距纽扣电池3 mm - 5 mm远，距大电流迹线（如邻近DC/DC转换器和电感的迹线）10 mm远。同时建议与电源轨保持3 mm - 4 mm的距离。值得注意的是，磁电机可以置于接地（GND）平面之上而无需留有间隙。

　　在系统中，电池扮演着重要角色，因为其尺寸决定着可穿戴设备印刷电路板的尺寸和产品的总功率。通常，钮扣电池在可穿戴设备上的理想位置是在印刷电路板下面。这可确保与磁电机间的最大距离，并优化印刷电路板面积的使用。另外这还能将与其他传感器的干扰可能性降到最低。

　　该参考设计可选择两种天线：印刷电路或陶瓷片。选择陶瓷片天线因为其小尺寸、可靠性、多用途性和易于调谐。由于可穿戴设备印刷电路板的尺寸小，所以天线布置仍然是一个挑战。通常情况下，天线应放在印刷电路板的角部，确保遵守其数据表中描述的连接焊盘说明和接地（GND）间隙要求。图2是该参考设计的整体布局。

　　图2：实际可穿戴设备印刷电路板装配，顶视图（左）和底视图（右） 

　　通常，目标印刷电路板厚度应当约为1.6mm，这还可以确保磁电机与钮扣电池及电池座间的额外距离。在遵守相关说明条件下，装配完成后的印刷电路板设计如图2所示。参考设计中使用的是4层印刷电路板。

　　测量结果表明，在睡眠模式下，该参考设计仅消耗11uA（平均值）电流。在广播模式下，电流消耗上升至110uA（平均值）。当连接至主机，在没有运动且所有传感器均通电的情况下，平均电流消耗为560uA。1.35mA（平均值）的最大电流消耗是在可穿戴设备处于移动状态的情况下测得。这也证实了该参考设计的省电特点。