大多數人在某個時候都聽過“物聯網”這個術語，或者更常見的是物聯網。物聯網描述了物理物體如何慢慢地連接到互聯網，一個簡單的例子就是家中的恒溫器，現在可以通過互聯網通過手機控制。據估計，到2020年，將有60億這樣的日常物理對象連接到物聯網。這意味著物聯網不僅僅是一種時尚或市場趨勢，而是一種真正的商業現實，其中涉及到大量資金。基于傳感器的系統將現實世界連接到物聯網。這些系統必須彼此交互地操作，并且自主地操作，并且它們通常使用無線通信來這樣做。這些用于物聯網的基于傳感器的系統也必須具有非常低的功率，以便它們可以長時間使用電池。

藍牙?低能耗或BLE現已成為物聯網市場中低功耗無線的事實標準。僅在2013年就銷售了超過12億個Bluetooth Smart Ready產品。其中包括iPad，iPhone，MacBook，Android和Windows手機以及筆記本電腦和臺式電腦等產品，這實際上意味著您可以輕松連接整個主機生態系統。此外，BLE專為基于低功耗傳感器的產品而設計，如可穿戴電子產品，醫療設備和家庭自動化設備。物聯網產品需要基于傳感器的BLE系統。

圖1顯示了一些物聯網產品的例子。第一個是Jawbone的健身監測器，它是可穿戴電子設備的一個例子，第二個是Mio的心率監測器，這是醫療設備的一個很好的例子，第三個例子是Kwikset的Kevo Deadbolt ，這是一個家庭自動化設備，連接到互聯網，允許您以交互方式和遠程解鎖門。

圖1：示例物聯網設備。

PSoC由于其架構而實現了低功耗設計。 PSoC是世界上第一個可編程嵌入式設計平臺。它包括一個CPU，例如32位ARM Cortex-M0，并具有模擬和數字可編程模塊。正因為如此，它通過可靠且易于使用的解決方案（如觸摸傳感）加速了系統設計。

讓我們面對現實，為物聯網設計基于無線傳感器的系統很困難。這是因為設計此類系統需要工程師使用來自多個IC供應商的多種設計工具。由于BLE協議棧之類的復雜規范，實現無線本身非常復雜;當你進入電路板設計時，做RF板設計并不容易，這也是一個復雜的過程。使用多個IC設計系統會增加BOM成本。在為物聯網設計這些基于傳感器的系統時，通常需要用于傳感器的模擬前端，用于控制的數字邏輯，藍牙能量無線電和MCU。此外，如果您正在嘗試創建復雜的用戶界面，則可能需要額外的觸摸或顯示IC。所有這些都很快增加了系統BOM成本。最后，實現低系統功率是困難的。這些用于物聯網的無線系統通常采用幣形電池供電，優化整個系統的功耗需要非常小心地使用低功耗模式。

PSoC 4 BLE通過以下方式解決了這些問題：

在PSoC Creator中灌輸完整的系統設計

使用易于使用的BLE組件簡化BLE協議棧和配置文件配置

通過集成簡化RF板設計Balun

集成可編程AFE和數字邏輯，CapSense與ARM Cortex-M0 CPU和BLE無線電集成

提供五種靈活，易用，低功耗模式

PSoC Creator可在一個工具中實現完整的系統設計。您在圖2中看到的是藍牙低能量心率監測器，例如，它實現了PSoC Creator中顯示的自定義AFE。首先，您將探索超過75個組件的庫，然后將這些組件拖放到原理圖中以完成硬件系統設計。在這種情況下，我們使用模擬組件的組合來設計AFE以及用于提供無線通信的BLE組件。然后，您將使用組件配置工具配置每個組件;這些組件中的每一個都有自己的數據表，可以為您提供更多信息并列出所有API，您可以同時在IDE的應用程序固件和硬件中共同設計這些API。賽普拉斯還提供App Notes等文檔。 “PSoC BLE入門”應用筆記非常棒，可幫助您開始使用該解決方案并為設計提供系統指南。

圖2：BLE心率監測示例項目。

BLE組件本身簡化了藍牙低能量堆棧和配置文件配置?，F在，您可以在簡單，直觀，易用的圖形用戶界面中完成代碼中數百行和數百行的操作。 PSoC Creator中的BLE組件包含藍牙4.1規范，它還包含BLE協議棧，包括所有支持的BLE配置文件，并且具有非常簡單易用的API用于固件開發。如果您可以回憶一下，可以右鍵單擊PSoC Creator中的BLE組件以打開其配置工具。在配置文件選項卡屏幕截圖（圖3）中，您可以看到它如何包含可以單擊的心率測量的配置文件。該圖還顯示了可用于協議棧和配置文件設置的非常簡單配置的所有各種參數。

圖3：BLE組件配置工具。

PSoC 4 BLE還簡化了RF板設計。設計天線匹配網絡（AMN）并不容易，這是一項非常重要的工作。這是因為這些AMN對PCB布局和寄生效應很敏感，您需要調整它以獲得最佳RF性能。當使用許多外部組件時，天線匹配網絡的調諧增加，而調諧的復雜性顯著增加。典型的AMN最多使用9個外部組件，而賽普拉斯的AMN僅使用2個，因為Balun是集成的。圖4是賽普拉斯解決方案的一個示例。您只需使用兩個外部組件 - 電感器和電容器，而使用Nordic時，您必須使用七個外部組件，而使用TI解決方案時，您必須使用九個外部組件。 PSoC 4 BLE集成的Balun簡化了RF板設計，減少了PCB占用空間。當然，它還可以降低您的BOM成本，因為您不必購買外部元件或外部Balun IC。

圖4：PSoC 4 BLE簡化了RF板。

PSoC 4 BLE將可編程AFE，可編程數字邏輯和CapSense集成在一個芯片中。所有這些塊的集成可以降低系統的BOM成本。您可以使用運算放大器，比較器，ADC和DAC等可編程模擬模塊為模擬傳感器創建自定義AFE。您可以使用可編程數字模塊（如定時器計數器PWM，串行通信模塊，甚至UDB（通用數字模塊））來集成數字邏輯。此外，您還可以利用賽普拉斯業界領先的CapSense技術實現可靠而復雜的用戶界面。

此外，PSoC的可編程架構提供了一些非常獨特的優勢。首先，您可以通過將CPU任務卸載到UDB來降低電池供電應用的功耗。這大大節省了CPU周期。您還可以使用UDB創建自定義數字外設;稍后我們將展示一個示例，其中我從加速度計輸入中放置了一個定制的I 2 C喚醒芯片。您還可以在運行時或操作期間重新配置這些塊以創建多個功能，從而允許您使用相同的塊來執行不同的操作。當然，借助PSoC靈活的架構，您可以將芯片上的任何引腳用作模擬或數字I/O，因為片上多路復用器。我們在圖5中看到的是一個實際的PSoC Creator原理圖，它顯示了完整系統的完整生產設計。從左側開始，我從心率監測器的電極輸入，這些輸入到我的模擬前置，使用四個運算放大器創建。其中一些用作儀表放大器，而另一個用作濾波器。一旦使用模擬前置輸入調制信號，它就會進入12位SARADC。我們還添加了一個使用定制組件的加速度計，一個用于提供用戶界面的CapSense組件，一個可以驅動LED的PWM組件，一個用于驅動顯示器的分段LCD組件，當然還有用于提供藍牙低功耗無線通信的BLE組件。您可以看到如何在單個芯片中完成整個設計，并且只需使用PSoC Creator的單個工具，就可以為物聯網創建完整的系統。

圖5：完整的物聯網系統設計。

PSoC 4 BLE還支持超低功耗無線系統，因為它提供了五種非常靈活的功耗模式，即主動，睡眠，深度睡眠，休眠和停止模式。詳細信息如圖6所示。

PSoC 4 BLE具有同類最佳的低功耗模式。在休眠和停止模式下，它消耗的電流最低;停止模式下為60納安，休眠模式下為150納安。它還在休眠模式下保留SRAM數據，同時在深度睡眠模式下保持完整的系統狀態。 PSoC Creator還為您提供了非常易于使用的API，可以在這些低功耗模式之間輕松切換，并且對于一秒鐘的連接間隔，這是一種藍牙低能耗規范，PSoC系統平均消耗18.9微安當前的。這是因為芯片在很短的時間內處于活動狀態，可以在剩余的時間內進入睡眠狀態或深度睡眠狀態。

圖6：完成物聯網系統設計。

現在讓我們快速瀏覽一下PSoC 4 BLE芯片（圖7），它將用于什么類型的應用，以及它具有哪些功能。 PSoC 4 BLE的目標應用包括運動和健身監視器，可穿戴電子設備，醫療設備，家庭自動化解決方案，游戲控制器以及物聯網的任何基于傳感器的低功耗系統。正如我所提到的，這是32位ARM Cortex-M0 CPU，主頻高達48 MHz。我們將提供高達256 kb閃存和32 kb SRAM的器件。您有四個運算放大器可配置為PGA，比較器，濾波器，然后是一個12位，1 Msps SAR ADC。這些模擬組件將允許您創建自定義或可編程AFE。當然，我們的CapSense包含SmartSense自動調整功能。

此部分提供通過CapSense組件執行觸摸板和手勢的功能。在數字方面，我們有四個UDB，四個TCPWM模塊，兩個串行通信模塊，可以配置為I 2 C主機或從機，SPI主機或從機，或UART。該器件提供兩種封裝，56引腳QFN和68 CSP。最重要的是，PSoC 4 BLE提供具有藍牙4.1規范的藍牙智能連接，并具有集成的BLE，2.4 GHz無線電和集成的巴倫。

圖7：PSoC 4 BLE CY8C4xx7-BL。

圖8是使用PSoC 4 BLE芯片的解決方案示例。在這個解決方案中，我們設計了一個可穿戴的健身監視器，非常類似于你從Jawbone看到的東西。在這個特定的解決方案中，我們想嘗試將BLE連接添加到傳感器集線器，與多個模擬和數字傳感器接口，驅動基于PWM的振動電機，并以非常低的功耗完成所有這一切，因為我想運行此產品一個紐扣電池。因此，PSoC 4 BLE允許您通過簡單的單芯片實現實現BLE連接，從而輕松實現這一目標。使用模擬前端，您可以為傳感器創建傳感器接口，如溫度，濕度，壓力和電池電壓。我們使用所有可編程模擬模塊實現了自定義AFE，IDAC充當電流源，所有這些都饋入靈活的模擬MUX，然后將所有內容發送到SAR ADC。我還可以使用我的數字SCB與其他傳感器（如加速度計）連接，當然我可以使用PWM組件驅動振動電機，并使用BLE子系統與藍牙智能就緒主機通信。因此，您可以看到單個芯片如何集成MCU，AFE和數字邏輯以及BLE無線電，所有這些都在一個簡單易用的解決方案中。

圖8：解決方案示例 - 可穿戴健身監測器。

總之，PSoC 4 BLE可在PSoC Creator中實現完整的系統設計，簡化了BLE協議棧和配置文件配置使用BLE組件，通過集成平衡 - 不平衡轉換器，集成可編程AFE和數字邏輯以及CapSense與ARM Cortex-M0 CPU和BLE無線電，簡化了RF板設計，并提供五種靈活，易用，低功耗模式。