Schlafmodi und Leistungsoptimierung für Bluetooth-Module
Stromverbrauch ist die entscheidende Randbedingung für batteriebetriebene IoT-Geräte. Ein richtig konfiguriertes Bluetooth-Modul kann mit derselben Batterie 2–5 Jahre laufen, die ein schlecht konfiguriertes in Tagen leert.
Energiezustände des BLE-Moduls
| Zustand | Strom (typisch) | Aufwachverzögerung | RAM-Erhalt |
|---|---|---|---|
| Aktiv TX (0 dBm) | 5–7 mA | — | Ja |
| Aktiv RX | 4–6 mA | — | Ja |
| Leerlauf | 1–3 mA | — | Ja |
| Schlaf (System ON) | 1,5–10 µA | <1 ms | Ja |
| Tiefschlaf (System OFF) | 0,1–1 µA | 250–500 ms | Teils/Nein |
| Hibernate | 0,02–0,1 µA | >500 ms | Nein |
Durchschnittsstrom-Berechnung
Beispiel bei 1000 ms Intervall: I_TX=5,5 mA, t_TX=1,5 ms, I_Schlaf=2,5 µA → I_avg ≈ 10,75 µA. Theoretisch ~10,7 Jahre bei 1000 mAh; in der Praxis 3–5 Jahre mit CR2477.
Kritische Implementierungsregeln
- Kein Busy-Wait: Alle Warteschleifen müssen im WFE-Zustand enden
- Ungenutzte Peripherie deaktivieren: Inaktive UART konsumiert ~1 mA
- GPIO korrekt konfigurieren: Floatende Eingänge verursachen ~100 µA/Pin Leckstrom
- DC-DC statt LDO aktivieren: Einsparung ~1,5 mA bei TX-Last
Sensor-Power-Gating
In BLE-Sensorknoten sind oft die Sensoren die dominanten Verbraucher. Ein GPIO-gesteuerter PMOS oder Load-Switch, der den Sensor zwischen Messungen vollständig abschaltet, ist unerlässlich. Ein Sensor mit 10 µA Ruhestrom verbraucht über 5 Jahre Laufzeit etwa 1 Jahr Batteriekapazität.
TX-Leistung und Verbindungsparameter
| TX-Leistung | TX-Strom | Reichweite (Freifeld) |
|---|---|---|
| −20 dBm | ~2 mA | ~5 m |
| 0 dBm | ~5,5 mA | ~30 m |
| +4 dBm | ~7 mA | ~50 m |
| +8 dBm | ~10 mA | ~80 m |
Verbindungsintervall 500 ms–2 s + Slave Latency reduziert den Durchschnittsstrom verbundener Peripheriegeräte auf einstellige µA-Werte für Niedrig-Durchsatz-Anwendungen.
Energieeffiziente Firmware für ein Bluetooth-Modul zu entwickeln ist eine Disziplin, die Hardware-Auswahl, SoC-Konfiguration, Peripherieverwaltung und Kommunikationsparameter-Abstimmung umfasst.