Concevoir avec Bluetooth Mesh :puce ou module ?

À ce stade, cette série d'articles a couvert un aperçu de Bluetooth Mesh et comment sélectionner un appareil pour une application. Dans ce dernier volet, nous verrons si des dispositifs discrets ou un module doivent être utilisés dans une conception.

La décision d'utiliser des dispositifs discrets ou un module a un impact très important sur le succès du produit. Bluetooth Mesh active l'IoT et connecte sans fil une myriade d'objets qui étaient auparavant câblés ou pas connectés du tout. Un exemple parfait serait une ampoule. La plupart des ampoules fabriquées pour les applications grand public étaient contrôlées à l'aide d'un interrupteur mural. L'ajout de la connectivité Bluetooth Mesh à ces appareils nécessite une expertise qui n'a jamais existé en interne.

En bref, les fabricants qui découvrent la connectivité sans fil sont confrontés à la décision d'investir massivement dans le développement de leur propre expertise sans fil ou de mettre en œuvre Bluetooth Mesh en tant que module autonome et de concentrer les ressources sur l'expertise fonctionnelle. Les sections suivantes explorent les complexités introduites par la connectivité sans fil et comment prendre la bonne décision tout en choisissant entre un module et une solution discrète pour vos produits.

Lors de l'ajout de Bluetooth Mesh à un produit, le coût et la complexité du système final sont influencés par des facteurs tels que la complexité de la conception de la carte, les certifications réglementaires, la qualification Bluetooth, la déclaration et la liste. Examinons chacun d'eux un par un.

Concevoir des produits compatibles Bluetooth Mesh avec des appareils discrets

La conception d'une carte pour Bluetooth Mesh nécessite une expertise dans la conception de cartes RF. Plus précisément, Bluetooth Mesh nécessite une antenne et un réseau correspondant. Ceux-ci ajoutent de la complexité à la conception de la carte. Une conception d'antenne et une garde au sol appropriées sont nécessaires pour obtenir un bon gain d'antenne. Des composants liés à l'alimentation, tels qu'un condensateur de découplage, sont nécessaires. Un routage efficace est essentiel pour un fonctionnement stable du système, et des précautions supplémentaires sont nécessaires pour s'assurer que ces circuits n'interfèrent pas avec les performances de l'antenne. Les horloges/cristaux nécessitent également une attention particulière. Toute dérive de fréquence peut entraîner une perte de paquets, affectant le débit et l'efficacité énergétique.

Pour gérer toutes ces complexités, des concepteurs de cartes RF expérimentés sont nécessaires. Maintenir une expertise en conception RF en interne peut être coûteux car les compétences requises sont assez spécialisées. De plus, la planche peut nécessiter plusieurs rotations, elle peut fournir les performances requises.

Le prochain défi après la conception du conseil d'administration est de répondre aux certifications réglementaires. Chaque produit Bluetooth Mesh doit recevoir une ou plusieurs certifications réglementaires RF en fonction des pays dans lesquels il sera vendu. Ces certifications garantissent que les niveaux de rayonnement se situent dans des limites acceptables et que la fréquence de fonctionnement ne se situe pas dans une bande de fréquence interdite.

Presque tous les pays ont leur propre organisme de certification réglementaire RF. Pour vendre un produit Bluetooth Mesh aux États-Unis, le produit doit obtenir la certification de la Federal Communications Commission (FCC). Pour l'Europe, le produit doit obtenir la certification CE (Conformité Européenne). Le Japon exige le MIC (ministère des Affaires intérieures et des Communications) tandis que le Canada exige la certification ISDE (Innovation, Science et Développement économique), anciennement connue sous le nom d'IC ​​(Industrie Canada).

Si le produit répond aux exigences RF de ces quatre certifications réglementaires, il est probable qu'il répondra également aux exigences réglementaires de tous les autres pays. Cependant, chacune de ces certifications nécessite une quantité importante de tests. Les tests sont effectués dans des laboratoires approuvés par ces organismes de réglementation, ce qui signifie que non seulement la certification, mais aussi l'échec, a un prix. Par exemple, si la carte tombe en panne, des modifications doivent être apportées à la conception/aux composants de la carte, puis la ramener au laboratoire. Pour chaque produit Bluetooth Mesh, cette certification peut coûter plus de 20 000 $ si elle est effectuée correctement du premier coup. Au-delà du coût de la certification, le déploiement du produit sera retardé en fonction du temps supplémentaire consacré à chaque cycle de certification. Dans ce marché concurrentiel, le délai de mise sur le marché est essentiel au succès.

Les produits Bluetooth Mesh doivent subir des tests dans un centre de test qualifié Bluetooth SIG pour pouvoir utiliser la marque Bluetooth. La qualification des produits garantit que les produits sont interopérables avec d'autres appareils Bluetooth Mesh. En outre, une déclaration et une liste sont nécessaires pour garantir les droits légaux d'utiliser le nom de marque Bluetooth sur le produit et de le commercialiser en tant que produit Bluetooth Mesh.

Concevoir des produits compatibles Bluetooth Mesh avec un module

Avant d'aborder les avantages et les inconvénients de l'utilisation d'un module dans une conception, examinons rapidement ce qu'est un module et ce qu'il offre. Les modules sont généralement proposés en termes de taille, de type d'antenne et de coût. Les modules intègrent la plupart ou tous les composants clés nécessaires au fonctionnement du périphérique Bluetooth Mesh tout en atteignant les performances requises pour l'application. L'utilisation d'un module élimine la complexité de la conception de la disposition RF. L'utilisation d'un module entraîne un coût supplémentaire par rapport à la construction d'une solution discrète, mais les modules sont le moyen le plus rapide et le plus simple d'ajouter une connectivité Bluetooth Mesh à un produit en cas de manque d'expertise interne.

Le plus grand avantage de l'utilisation d'un module est que le concepteur du système peut tirer parti de l'expertise que le fabricant du module a acquise et acquise au fil des années. Cette expertise peut être étendue, étant donné que les modules sont utilisés dans plusieurs produits dans plusieurs secteurs. En bref, les concepteurs de systèmes peuvent accéder à toute l'expertise du fabricant sans avoir à faire l'investissement initial dans le développement d'une expertise RF interne.

Notez que certains modules sont entièrement certifiés et éliminent les tracas et les coûts liés à l'obtention des certifications réglementaires requises. Pour certaines conceptions, un petit changement dans la disposition de la carte ou des composants signifie une re-certification complète.

Choix entre module et solution discrète

Les modules sont attrayants pour toutes les applications du point de vue de la R&D et de la certification. Le compromis est qu'ils ont un coût supplémentaire par rapport aux appareils discrets. Traditionnellement, les OEM utilisent le seuil de rentabilité pour déterminer s'il faut acheter ou construire. Ce nombre compense l'augmentation du coût par carte par rapport à l'investissement en temps et en argent pour développer une expertise interne.

En raison de la complexité et des divers coûts impliqués, les modules Bluetooth Mesh peuvent être efficaces jusqu'à des volumes de l'ordre de 250 000 unités. Pour des volumes plus élevés, une approche basée sur des périphériques discrets est généralement plus économique. Pour de nombreux équipementiers, cependant, le prix n'est pas la seule considération. Dans l'ensemble, l'ajout de connectivité peut ne pas être si important dans les systèmes complexes ou nécessitant des certifications spécifiques à l'application. L'OEM préférerait que les ressources d'ingénierie se concentrent sur la véritable valeur ajoutée de l'entreprise. Il y a aussi la considération supplémentaire de ce qu'il faudra pour maintenir l'évolutivité future de la connectivité et les re-spins et les certifications de la carte qui suivent.

Pour tout nouveau produit pour lequel les volumes initiaux sont imprévisibles, c'est généralement une bonne idée de commencer par un module. Cela maintient les investissements à un faible niveau. Si le volume du produit augmente, le produit peut migrer vers une solution basée sur des appareils discrets. Si c'est la stratégie, il est important de sélectionner un module qui offre un chemin de transition facile vers des appareils discrets.

Si le circuit intégré et le module Bluetooth Mesh sont fournis par différents fournisseurs, la migration peut nécessiter différents outils de développement, ce qui augmente la complexité nécessaire pour apporter des modifications au micrologiciel. La sélection d'un fournisseur qui fabrique à la fois le circuit intégré et le module offre un avantage significatif. Dans la plupart des cas, ils garantissent également que la solution et le module basés sur des périphériques discrets utilisent les mêmes outils de développement et le même kit de développement logiciel. Ainsi, le firmware peut ne pas avoir besoin de modifications pour terminer cette migration. Cela signifie que vous n'avez besoin que d'une nouvelle rotation et d'une certification pour réduire le coût de vos produits.

Par exemple, Cypress fournit des circuits intégrés ainsi que des modules de différentes tailles et options d'antenne. La solution discrète et les modules basés sur ce circuit intégré sont pris en charge dans le même outil de développement, offrant ainsi un chemin transparent pour la migration. Par exemple, le tableau ci-dessous montre l'exemple de CYW20819, un appareil Bluetooth Mesh, de Cypress et comment il se compare à son module respectif.

CYW20819CYBT213043-02 (module basé sur CYW20819)Kit de développement logiciel (SDK)BT SDKBT SDKIenvironnement de développement intégré (IDE)ModusToolbox ^TM ModusToolboxPuissance de transmission4 dBm4 dBmAntenneNonPCBCristal 24 MHzNonOuiCertifications réglementairesNonFCC, ISED, MIC, CE

Comme indiqué dans le tableau, le circuit intégré et le module sont pris en charge par le même SDK et IDE, ce qui facilite le basculement entre le module et les périphériques discrets sans investissement supplémentaire dans le micrologiciel. Dans le même temps, le module prend en charge toutes les fonctionnalités de l'appareil et offre tous les avantages en tant que cristal intégré et antenne et certifications réglementaires.

Des modules entièrement certifiés peuvent être un point de départ pour chaque produit Bluetooth Mesh. Pour les unités <250K, la solution basée sur des modules est susceptible d'être plus économique par rapport à une conception basée sur des appareils discrets. Pour des volumes plus importants, la conception basée sur des dispositifs discrets peut être plus rentable mais nécessite une expertise significative pour développer des coûts internes ou d'externalisation. Si vous commencez avec un module, il est important de sélectionner un module qui offre un chemin de migration facile vers des périphériques discrets à mesure que les volumes augmentent.

Lire les articles précédents de la série « Concevoir avec Bluetooth Mesh » :
Partie 1 : Nœuds et types de fonctionnalités
Partie 2 :Communications des nœuds
Partie 3 : Confidentialité et sécurité
Partie 4 :Configuration requise pour l'appareil