Richtlinien zur Auswahl von Bluetooth 5 Mikrocontrollern

Kleines Modul mit Bluetooth 5 Mikrocontroller

Bluetooth 5 begleitet uns seit 2016, und v5.1 wurde erst vor einem knappen Jahr veröffentlicht. Das aufgerüstete Protokoll bietet viele Verbesserungen gegenüber seinen Vorgängern. In der Zwischenzeit haben wir eine größere Integration verschiedener Komponenten in SoCs gesehen, und Bluetooth 5/5.1 ist dieser Integration nicht fremd. Wenn Sie ein leichtes Produkt mit geringen Rechenanforderungen und langer Lebensdauer im Feld bauen, dann ist ein Bluetooth 5 Mikrocontroller eine großartige Komponente, um Ihr neues Produkt zu betreiben.

Bluetooth 5 Funktionen

Die Bluetooth 5 Spezifikation und die neue Bluetooth 5.1 Generation bieten eine längere Reichweite, höhere Datenraten und einen geringeren Energieverbrauch als frühere Generationen. Einer der Hauptverkaufspunkte von Bluetooth ist seine Verwendung für die Kopplung mehrerer Geräte auf kurze Distanz, aber Class I Bluetooth 5 Geräte sind für den industriellen Einsatz bis zu 100 Meter mit einer separaten Stromversorgung bewertet. Bluetooth 5 führt auch ein optionales Radio PHY namens ‚LE Coded‘ bei 1 Mbps mit maximaler TX-Leistung von +20dBm ein. Dies entspricht einer potenziellen 4-fachen Reichweitensteigerung.

Für typische IoT-Geräte außerhalb des industriellen Bereichs, wie tragbare Geräte und Smart-Home-Produkte, wird wahrscheinlich die meiste oder gesamte Funktionalität, die Sie benötigen, direkt in einen Bluetooth 5 Mikrocontroller integriert sein. Diese Komponenten werden für leichte und industrielle Anwendungen immer beliebter dank der Integration, die sie bieten.

Auswahl eines Bluetooth 5 Mikrocontrollers

Bluetooth 5 Mikrocontroller sind stark integrierte Produkte und werden viele GPIO-Verbindungen sowie eine Reihe anderer integrierter Peripheriegeräte enthalten. Beispiele hierfür sind ein integrierter Audio-Codec, PWM-Ausgang, hochgenauer ADC und konfigurierbare Schnittstellen. Das HF-Frontend ist ebenfalls in diese Komponenten integriert, und einige Geräte werden eine integrierte Antenne enthalten. Hier sind einige der wichtigen Punkte, die Sie bei der Auswahl eines Bluetooth 5 Mikrocontrollers berücksichtigen sollten:

• Datenübertragungsrate: Datenraten erreichen 2 Mbps, obwohl einige benutzerdefinierte SoCs höhere Werte erreichen können.
• Spannungsbereich der Versorgung: Wenn Sie mit einem mobilen Gerät arbeiten, wird es mit einem Akku betrieben, und die Akkuspannung wird im Laufe der Zeit langsam sinken. Wenn die Spannung zu niedrig wird, schaltet sich das Gerät ab und alle nicht gespeicherten Daten gehen verloren.
• On-Board-Speicher: Dies umfasst On-Board-Flash-Speicher und On-Board-RAM. Höhere Rechenlasten erfordern mehr On-Board-RAM. Bluetooth-5-Mikrocontroller haben tendenziell 1 MB oder weniger On-Board-Flash-Speicher, daher muss der Code für diese Produkte stark optimiert werden. Eine microSD-Karte ist eine gute Wahl, um den Speicher Ihres Produkts zu erweitern.
• Strom während der vollen Übertragung: Wenn Ihr Produkt Daten an ein anderes Gerät streamen wird, bestimmt der Strom während der vollen Übertragung, wie lange Ihr Akku hält. Dies setzt eine untere Grenze für die Akkulaufzeit während des Betriebs. Typische Werte liegen bei 5-10 mA.
• Strom im Schlafmodus: Ihr Gerät kann in den Schlafmodus wechseln, wenn es nicht aktiv Daten verarbeitet oder Eingaben erhält. Dieser Wert reicht von ~1 μA bis ~100 nA und ist erforderlich, um Daten im RAM zu halten.
• Empfängerempfindlichkeit: Dies bestimmt das niedrigste Funksignalniveau, das zuverlässig erkannt werden kann und wird effektiv die maximale Reichweite für das Produkt bestimmen. Typische Werte liegen zwischen -90 dBm und -100 dBm.
• Zertifizierungen: Abhängig davon, wo Sie Ihr neues Produkt verkaufen möchten, müssen die Komponenten und die Platine die relevanten EMC-Zertifizierungen haben.

Für weitere Anleitungen zur Auswahl von Mikrocontrollern werfen Sie einen Blick auf Teil 1 und Teil 2 unseres Auswahlleitfadens.

Einige Bluetooth-5-Mikrocontroller-Optionen

Die unten gezeigten Bluetooth-5-Mikrocontroller-Einheiten arbeiten alle mit niedriger Spannung, senden/empfangen mit 2 Mbps (2,4 GHz) und sind als Oberflächenmontagekomponenten verpackt. Diese Optionen sind eine ausgezeichnete Wahl für mobile, tragbare, Smart-Home- oder kleine Industriegeräte. Die Kosten pro Komponente (1x Menge) liegen unter 10 $, und größere Lose sind von einer Vielzahl von Distributoren erhältlich.

ON Semiconductor, NCH-RSL10-101Q48-ABG

Der Bluetooth-5-Mikrocontroller NCH-RSL10-101Q48-ABG von ON Semiconductor ist eine großartige Einstiegsoption mit allen Funktionen teurerer Geräte. Dieser SoC kommt im VFQFN-48-Formfaktor mit 3,3 V Leistungsanforderungen. Dieses Produkt verbraucht nur ~9 mA Strom bei Spitzen-Tx, was nur ~0,5 W Leistung während der Vollstärkeübertragung entspricht.

Dieser IC basiert auf einem ARM Cortex-M3-Prozessor mit einer maximalen Frequenz von 48 MHz. Er umfasst auch 384 KB On-Board-Flash-Speicher und unterstützt Firmware-Updates Over-The-Air (FOTA). Verglichen mit anderen Produkten auf dem Markt ist dieser IC hochintegriert und umfasst viele Funktionen, die ihn an eine Reihe neuer Produkte anpassbar machen.

Blockdiagramm des NCH-RSL10-101Q48-ABG Bluetooth 5 Mikrocontrollers. Aus dem NCH-RSL10-101Q48-ABG Datenblatt.

Nordic Semiconductor, NRF52840-QIAA-R

Der NRF52840-QIAA-R ist eine beliebte Bluetooth 5 Mikrocontroller-Option für eine Vielzahl von Anwendungen. Es gibt andere, kostengünstigere Komponenten in der nRF52-Familie, die weniger Peripheriegeräte bieten, aber im gleichen Gehäuse und mit den gleichen Kernnetzwerkfähigkeiten. Alle Komponenten der nRF52-Familie laufen auf einem ARM Cortex-M4. Alle der nRF52 Serie unterstützen Bluetooth 5 Funktionen zusätzlich zu Multiprotokoll-Fähigkeiten, die Bluetooth Mesh, ANT, 802.15.4, Thread, Zigbee und 2,4 GHz proprietär einschließen.

Der NRF52840 beinhaltet eine Floating Point Unit (FPU) für komplexere Rechenaufgaben und mehr On-Board Flash-Speicher (1024 KB) als der oben gezeigte NCH-RSL10-101Q48-ABG, sowie 256 KB On-Board RAM. Dies ist ein Gerät, das ideal für batteriebetriebene Anwendungen ist, die eine lange Betriebszeit erfordern.

Fotografie der T3-Breaker-Familie von ABB Control. Aus dem NRF52840-QIAA-R Datenblatt. (Alt-Text: Fotografie der T3-Breaker-Familie) https://drive.google.com/open?id=1wOJj6PnTfA_1e830VsZlpuuTtW4d_pKK

Texas Instruments, CC2640R2FRGZR

Der CC2640R2FRGZR Bluetooth 5 Mikrocontroller von Texas Instruments kommt in einem kleinen 48-VQFN-Paket (BGA). Dieses spezielle Gerät zielt auf Anwendungen im Automobilmarkt mit niedrigen Rechenlasten. Es hat auch eine bemerkenswerte Empfängerempfindlichkeit (-97 dBm für BLE), Selektivität und Blockierleistung, sowie eine differentielle RF-Schnittstelle mit 102 dB Linkbudget für BLE und bis zu +5 dBm programmierbare Ausgangsleistung.

Die normale Betriebsspannung reicht von 1,8 bis 3,8 V oder 1,7 bis 1,95 V im externen Reglermodus. Einige Anwendungsschaltungen, die den internen Regler oder einen externen Regler nutzen, sind unten gezeigt. Diese Bereiche sind im Vergleich zu den anderen beiden oben vorgestellten Produkten etwas eng.

Fotografie des CC26xx-Serie Bluetooth 5 Mikrocontrollers mit verschiedenen Reglerkonfigurationen. Aus dem CC2640R2FRGZR Datenblatt. (Alt-Text: CC2640R2FRGZR Bluetooth 5 Mikrocontroller) https://drive.google.com/open?id=1t9kpZrps8WG9hnVxCBw2H8ikqp48TBFP

Die hier vorgestellten Bluetooth 5 Mikrocontroller sind ausgezeichnete Geräte für neue IoT-Produkte in einer Vielzahl von Anwendungen, aber dies sind nur einige Beispiele. Sie können viele weitere Mikrocontroller-ICs und die anderen Komponenten, die Sie für IoT-Produkte benötigen, auf Octopart finden.

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