使用蓝牙网状网络进行设计：芯片还是模块？

至此，本系列文章概述了蓝牙网状网络以及如何为应用程序选择设备。在这最后一期中，我们将讨论在设计中应该使用分立器件还是模块。

是否使用分立器件或模块的决定对产品的成功有非常大的影响。蓝牙网状网络正在启用物联网，并以无线方式连接以前有线或根本未连接的无数事物。一个完美的例子是灯泡。大多数用于消费应用的制造灯泡都是使用墙壁开关控制的。为这些设备添加蓝牙网状网络连接需要内部从未有过的专业知识。

简而言之，刚接触无线连接的制造商面临的决定是，是大力投资开发自己的无线专业知识，还是将蓝牙网状网络作为独立模块实施，并将资源集中在功能专业知识上。以下部分探讨了无线连接带来的复杂性，以及如何在为您的产品选择模块和分立式解决方案时做出正确的决定。

在产品中添加蓝牙网状网络时，终端系统成本和复杂性受电路板设计复杂性、监管认证、蓝牙资格、声明和列表等因素的影响。让我们一一介绍。

使用分立设备设计支持蓝牙网状网络的产品

为蓝牙网状网络设计电路板需要射频电路板设计方面的专业知识。具体来说，蓝牙Mesh需要天线和匹配网络。这些增加了电路板设计的复杂性。需要适当的天线设计和离地间隙才能获得良好的天线增益。需要电源相关的元件，例如去耦电容器。有效的布线对于稳定的系统运行至关重要，需要格外小心以确保这些电路不会干扰天线性能。时钟/晶体也需要特别注意。任何频率漂移都可能导致数据包丢失，从而影响吞吐量和电源效率。

为了处理所有这些复杂性，需要经验丰富的 RF 板设计人员。保持内部 RF 设计专业知识的成本可能很高，因为所需的技能非常专业。此外，该板可能需要多次旋转才能提供所需的性能。

电路板设计之后的下一个挑战是满足监管认证。每个蓝牙 Mesh 产品都需要根据其销售国家/地区获得一项或多项射频监管认证。这些认证可确保辐射水平在可接受的范围内，并且工作频率不属于任何禁止的频段。

几乎每个国家都有自己的射频监管认证机构。要在美国销售蓝牙Mesh产品，产品需要获得美国联邦通信委员会（FCC）认证。对于欧洲，产品必须获得 CE（Conformité Européene）认证。日本要求 MIC（内务和通信部），而加拿大要求 ISED（创新、科学和经济发展），早期称为 IC（加拿大工业部）认证。

如果产品满足这四个监管认证的 RF 要求，它很可能也将满足所有其他国家/地区的监管要求。但是，这些认证中的每一个都需要进行大量测试。测试是在这些监管机构批准的实验室中进行的，这意味着不仅认证，而且失败也是有代价的。例如，如果电路板出现故障，则需要对电路板设计/组件进行更改，然后再将其带回实验室。对于每个蓝牙 Mesh 产品，如果第一次完成，这项认证的成本可能超过 20,000 美元。除了认证成本外，产品推出将根据每轮认证所花费的额外时间而延迟。在这个竞争激烈的市场中，上市时间是成功的关键。

蓝牙网状网络产品需要在蓝牙 SIG 合格的测试机构进行测试才能使用蓝牙商标。产品认证确保产品可与其他蓝牙网状网络设备互操作。此外，还需要声明和列名，以确保在产品上使用蓝牙品牌名称并将其作为蓝牙网状网络产品进行营销的合法权利。

使用模块设计支持蓝牙网状网络的产品

在我们讨论在设计中使用模块的优缺点之前，让我们快速回顾一下模块是什么以及它提供了什么。模块通常在尺寸、天线类型和成本方面广泛提供。模块集成了蓝牙 Mesh 设备运行所需的大部分或全部关键组件，同时实现了应用所需的性能。使用模块消除了 RF 布局设计的复杂性。与构建分立解决方案相比，使用模块会增加成本，但如果缺乏内部专业知识，模块是为产品添加蓝牙网状网络连接的最快、最简单的方法。

使用模块的最大优势是系统设计人员可以利用模块制造商多年来学习和获得的专业知识。考虑到模块在多个行业的多种产品中使用，这种专业知识可以是广泛的。简而言之，系统设计人员可以使用制造商的所有专业知识，而无需在开发内部 RF 专业知识方面进行前期投资。

请注意，某些模块已经过全面认证，消除了获得所需监管认证所涉及的麻烦和成本。对于某些设计，电路板布局或组件的微小变化意味着完全重新认证。

在模块和分立解决方案之间进行选择

从研发和认证的角度来看，模块对所有应用都很有吸引力。权衡是与分立设备相比，它们需要额外的成本。传统上，OEM 使用盈亏平衡点来确定是购买还是制造。与开发内部专业知识的时间和金钱投资相比，这个数字平衡了每块板增加的成本。

由于所涉及的复杂性和各种成本，蓝牙网状网络模块的有效数量可达 250K 单元。对于更高的产量，基于分立器件的方法通常更经济。然而，对于许多原始设备制造商来说，价格并不是唯一的考虑因素。总体而言，在复杂或需要某些特定于应用程序的认证的系统中，添加连接性可能不是那么重要。 OEM 更愿意将工程资源集中在公司的真正增值上。还额外考虑了如何保持连接性的未来可升级性以及随后的董事会重新调整和认证。

对于初始数量不可预测的任何新产品，从模块开始通常是一个好主意。这使投资保持在低水平。如果产品量增加，产品可以迁移到基于分立器件的解决方案。如果这是策略，重要的是选择一个模块，为分立器件提供一个简单的过渡路径。

如果蓝牙Mesh IC和模块由不同厂商提供，迁移可能需要不同的开发工具，增加了更改固件所需的复杂性。选择一家既生产 IC 又生产模块的供应商，具有显着的优势。在大多数情况下，他们还确保基于分立器件的解决方案和模块使用相同的开发工具和软件开发套件。因此，固件可能不需要任何更改即可完成此迁移。这意味着您只需要重新设计电路板和认证即可降低产品成本。

例如，赛普拉斯提供各种尺寸和天线选项的 IC 以及模块。同一开发工具支持基于该 IC 的分立解决方案和模块，提供无缝迁移路径。例如，下表显示了 Cypress 的蓝牙网状网络设备 CYW20819 的示例以及它与相应模块的比较。

CYW20819CYBT213043-02（基于CYW20819的模块）软件开发工具包（SDK）BT SDKBT SDK集成开发环境（IDE）ModusToolbox ^TM ModusToolbox 传输功率4 dBm4 dBm天线NoPCB24-MHz 晶体NoYesRegulatory CertificationsNoFCC、ISED、MIC、CE

如表所示，IC 和模块均由相同的 SDK 和 IDE 支持，可以轻松在模块和分立设备之间切换，而无需额外投资固件。同时，该模块支持所有器件特性，并提供集成晶体和天线以及法规认证的所有优势。

完全认证的模块可以成为每个蓝牙网状网络产品的起点。对于 <250K 单元，与基于分立器件的设计相比，基于模块的解决方案可能更经济。对于更高的产量，基于分立器件的设计可能更具成本效益，但需要大量的专业知识来开发内部或外包成本。如果从一个模块开始，重要的是选择一个模块，随着数量的增加，它提供了一个向离散设备的简单迁移路径。

阅读“使用蓝牙Mesh进行设计”系列的前几篇文章：
第 1 部分：节点和特征类型
第 2 部分：节点通信
第 3 部分：隐私和安全
第 4 部分：设备要求