Beacon技術為各種細分市場（包括零售，運輸和酒店行業）的輔助應用提供了極具吸引力的機會。隨著公司急于向快速發展的市場提供基于信標的解決方案，信標設計人員面臨著對更快交付這些小型無線設備的需求，以及對擴展，免維護操作的更高期望。通過將無線處理器與專用能量采集IC相結合，工程師可以快速創建能夠在不更換電池的情況下運行多年的信標設計。

信標正在成為旨在提供基于位置的協助的策略中越來越重要的元素對個人 - 幫助引導乘客通過機場，客人到酒店房間，甚至棒球迷更好的座位。在零售業中，信標技術被視為有助于影響購物者在商店選擇產品的強大催化劑（圖1）。

圖1：基于藍牙的小型設備因其影響零售銷售和跨不同細分市場提供基于位置的服務的能力而迅速受到關注。 （北歐半導體公司提供）

事實上，市場分析師BI Intelligence預測，2015年美國零售銷售額已直接影響超過40億美元，僅2016年就會影響該數量的十倍。另一家分析公司ABI預測，到2018年，超過8億部智能手機將依靠信標進行室內定位，實現與智能手機應用程序相同的GPS使用水平。事實上，憑借其能夠利用全球74億智能手機用戶的安裝基礎，信標技術為越來越多利潤豐厚的應用提供了關鍵推動因素。

Beacon運營

潛在的信標設備概念簡單，設計用于在短至幾厘米或長達數百米的范圍內傳輸少量信息。用于微定位應用的信標只需要無線發射器，一些用于唯一ID的非易失性存儲器，以及用于處理通信協議的MCU。設計用于傳輸環境數據（如溫度或濕度）的信標只需添加適當的傳感器和傳感器數據轉換功能 - 這些要求通常可以通過集成在這些設計中使用的許多MCU中的模擬外設來滿足。

信標可以在無線應用中擔任多種角色。廣播信標僅設計有無線電發射機，旨在傳輸少量信息以供任何兼容主機接收。例如，旨在幫助航空公司乘客找到其門的廣播信標將定期發送唯一ID。反過來，智能手機應用程序將使用此信息在航空公司終端內準確地放置用戶。

設計用于雙向通信的信標用作外圍設備，旨在向主機提供信息或作為用于從外圍設備收集信息的中央設備。在典型的信標應用中，外圍信標與諸如智能手機或其他通信集線器的主機交互。例如，心率監視器中的外圍信標可以與主機交互以相互驗證用戶的健康數據的交換，或者在需要時執行信標固件的無線更新。

Beacon技術依賴于藍牙低功耗（BLE），它不僅利用幾乎所有移動產品中內置的藍牙功能，而且在無線電操作期間也表現出非常低的功率要求。實際上，BLE仍然是最有效的短程無線電通信技術之一：它消耗大約0.153μW/bit - 這是另一種流行的短程無線電技術ZigBee所需的一小部分，ZigBee需要大約185.9μW/bit（見TechZone文章“比較低功耗無線技術”）。此外，在實踐中，BLE設備通常在大多數時間處于睡眠模式（圖2）。實際連接時間僅持續幾毫秒，因此總體功率要求仍然非常低。

圖2：BLE信標大部分工作時間都處于睡眠狀態模式，短暫喚醒以廣播信息或連接到主機以進行雙向通信 - 從而降低了這些設計的總體功率要求。 （由德州儀器提供）

在構建信標設備時，設計人員可以利用越來越豐富的集成解決方案，旨在滿足功能要求，同時實現極低的功耗。 BLE系統級芯片（SoC）器件，如STMicroelectronics BLUENRG-MSCSP，Nordic Semiconductor NRF51822和Texas Instruments CC2541，將低功耗處理器內核與片上BLE無線電相結合，簡化了信標設計。與此類別中的其他設備一樣，這些BLE SoC中的每一個都提供節能無線電操作以及低功耗模式，在睡眠狀態期間將功耗降至一或兩微安。

環境功率

隨著這些超低功耗BLE SoC的推出，工程師可以使用CR2032等小型電池設計能夠運行數月的信標。然而，大規模微定位應用可能需要放置數十甚至數百個這些設備以提供高度準確的位置數據。因此，實現更長時間無需維護的操作的能力對于希望一次放置信標并且不擔心下游維護和相關成本的組織來說是一個優勢。

憑借其低功耗要求，信標是理想的候選者使用能量收集技術。實際上，由于信標通常放置在高度交通，光線充足的地方，工程師可以制造信標設備，這些信標設備只能從室內照明中獲取的能量進行操作。對于這些應用，工程師可以通過將TI CC2541等超低功耗BLE SoC與TI BQ25505等專用能量采集電源管理IC（PMIC）相結合，構建高效的環境供電信標（圖3）。

圖3：由于功耗極低，德州儀器CC2541等BLE SoC可以通過專用能源管理的環境功率運行 - 收集TI BQ25505等IC。 （德州儀器公司提供）

BQ25505設計用于從僅提供微瓦能量的電源提取能量，可以管理能量收集電源管理的所有方面，包括能量傳感器管理，能量存儲管理和負載管理。為了從室內光源提取功率，BQ25505和此類設備中的其他設備通常提供最大點功率跟蹤（MPPT）功能，旨在確保太陽能電池有效地從可用光線中提取最大功率。該器件可以在超級電容器或可充電電池中節省多余的能量，管理特定類型的能量存儲設備所需的特定充電/放電曲線。在負載方面，該設備可以在環境光源和存儲電源之間切換電源。

在許多信標應用中，超級電容器為可充電電池提供了有效的能量存儲替代方案。與典型的可充電電池不同，超級電容器靜電存儲電荷。由于在電極和電解質之間發生很少或沒有反應，超級電容器可以執行數十萬次充電和放電循環。此外，雖然電池表現出很少或沒有低于其工作電壓閾值的容量，但超級電容器即使在較低電壓下也能提供容量。因此，超級電容器在延長壽命和低電壓操作方面具有優勢，這對于信標應用尤其重要。

為了控制電源和負載之間的連接，TI BQ25505 PMIC - 與此處的許多設備一樣class - 包括用于操作外部FET負載開關的片上柵極驅動器，用于斷開負載與能源的連接或在更復雜的設計中在不同電源中復用。對于圖3中建議的特定信標設計，設計人員可以使用BQ25505的VB_SEC_ON信號來控制這樣的負載開關。在正常操作中，BQ25505的VBAT_OK信號保持高電平，同時電池輸出仍然高于可用電平。

提供反相VBAT_OK信號，VB_SEC_ON可用于驅動系統隔離FET的柵極。當來自超級電容器（在這種情況下）的電壓低于閾值電壓時，BQ25505關閉負載開關以斷開BLE SoC，而不是讓它在欠壓條件下工作。除了添加合適的FET和相關的無源元件（包括簡單天線）之外，能量采集BQ25505 PMIC和CC2541 BLE SoC的這種組合可以作為環境供電信標解決方案所需的完整硬件補充。

總而言之，

Beacon應用程序正在迅速成為物聯網（IoT）中首批大規模部署之一。對于信標開發者而言，不斷增長的市場需求轉化為需要更快速地開發能夠作為僅發送廣播設備或能夠發送和接收無線通信的外圍設備操作的合適信標設計。雖然BLE SoC為信標設計提供了快速解決方案，但這些SoC與專用能量采集IC的結合提供了一種有效的方法，可以創建無需電池即可運行多年的免維護信標。