个人健康设备的蓝牙BLE解决方案

虽然专有的ANT协议在为健康和健身设备提供低功耗通信框架方面起到了领先作用，但蓝牙低功耗（BLE）已成为一种极具吸引力的替代方案。除了低功耗要求外，BLE设计还允许工程师利用市场上大量安装的蓝牙设备来创建新的复杂应用。对于工程师而言，BLE的实施既可以从BlueRadios，Panasonic和RFM等供应商处下载基于模块的解决方案，也可以部署基于CSR和德州仪器的BLE IC的定制解决方案。

半导体制造商还可以将IC中的BLE和经典蓝牙功能结合起来，创建双模式或所谓的“蓝牙智能就绪”解决方案，为低功耗无线设备提供前端解决方案。事实上，蓝牙智能就绪消费产品（包括第三代iPad和几乎所有新智能手机）的快速普及为单模BLE启用提供了基础 - 也称为蓝牙智能设备。公司只需开发合适的应用程序，即可使用低功耗BLE设备传输的实时数据，将智能手机变成基站，用于实时健康监测和健身管理系统。

BLE标准专门用于降低功耗。使用无连接协议，BLE设备建立非常快速的连接，并使用快速突发在每次连接期间传输少量数据（图1）。最大功耗为几毫安，典型待机功耗在微安范围内。此外，BLE设备可以进入睡眠模式并快速重新唤醒以完成这些快速突发活动。结果是低功耗通信解决方案，消耗了经典蓝牙设计所需功率的大约10％。结果，诸如心率监测器（HRM）或其他健康设备中常用的纽扣电池可以为BLE外围设备供电数月甚至数年。

图1：典型的BLE连接事件包括一系列快速突发活动。对于比例，唤醒阶段需要不到500μs，此处显示的完整事件持续约2.3 ms。 （德州仪器公司提供。）

体育和健身市场很可能是第一个利用BLE在HRM，计步器等应用中的优势的市场。在典型的健康和健身设备（例如HRM）中（图2），电极测量与每次心跳相关的皮肤表面上的电位的微小变化。所产生的信号由诸如飞思卡尔MC9S08JM60的MCU放大，滤波和处理，其使用蓝牙无线电来发送包括每分钟节拍甚至原始波迹的数据突发。在接收器方面，智能手机应用程序将显示结果以及其他健身相关结果的计算值，例如估计的卡路里，氧气消耗等。

图2：在典型的心率监测器中，MCU处理心率信号，检测为皮肤表面电极上的小电位变化，并通过蓝牙无线电传输数据。 （由飞思卡尔半导体公司提供。）

工程师可以利用BlueRadios，Panasonic和RFM提供的模块提供的插入式BLE解决方案，或CSR和德州仪器的IC。 BlueRadios提供其BR-LE4.0-S2A模块作为完整解决方案，包括支持Apple的iPhone 4s（iOS）和Android平台的智能手机应用程序。工程师可以使用文本字符串或嵌入在提供的C库上构建的自定义代码来配置和控制无线电调制解调器。对于编程，模块支持无线固件更新以及通过双线UART接口进行通信。

提供软件可调节的发射器功率，模块仅消耗22 mA（Tx）和18 mA（Rx）。在空闲模式下，模块仅需0.22 mA，在深度睡眠模式（带定时器）期间仅消耗0.4μA电流。 BR-LE4.0-S2A模块有三种型号 - 带有U.FL连接器，带或不带RF芯片天线。

对于需要多模功能的应用，工程师可以利用Panasonic和RFM的模块。 Panasonic提供专为Smart-Ready应用而设计的双模模块。 Panasonic ENW-89823A2JF基于德州仪器CC2564蓝牙IC，是该公司PAN1316/1326 RF模块系列的成员。该模块在全无线电吞吐量下仅消耗33 mA，具有双模式操作，提供经典蓝牙和蓝牙低功耗连接。 PAN1326为基本PAN1316配置添加了天线。

RFM WLS1273L在单个模块中结合了Wi-Fi和双模蓝牙支持，仅需35 mA电源电流。该模块具有802.11a/b/g/n Wi-Fi连接，以及1.5级蓝牙4.0 + EDR和BLE模式。 DC/DC转换器确保模块可以采用单电源供电（3.0-4.2 V）。

单芯片解决方案

除了这些模块外，CSR和TI提供的IC还可提供单模BLE要求的解决方案。 CSR1000 IC是CSR的uEnergy蓝牙平台的成员。 CSR1000专为紧凑型设计（如HRM，计步器和其他个人设备）而设计，结合了片上ADC，PWM，12个可编程IO-s，看门狗定时器，64 KB RAM，64 KB ROM和其他功能。采用32引脚5 x 5 mm QFN封装。该器件具有+8 dBm最大Tx输出功率和-92 dBm Rx灵敏度。在休眠模式下，CSR1000要求低于0.6μA。

德州仪器（TI）CC2540 SoC旨在简化低功耗BLE连接设计，仅需少量外部元件即可提供完整的BLE实现（图3）。该器件采用6 x 6 mm QFN40封装，需要24 mA（Tx）和19.6 mA（Rx），并支持多种睡眠模式。在最深度睡眠模式下，外部中断保持启用状态，器件仅需0.4μA。

图3：除了一些去耦电容（现在显示）外，德州仪器（TI）CC2540 SoC仅需几个外部元件即可实现完整的BLE设计。