Directrices para la Selección de Microcontroladores Bluetooth 5

Módulo pequeño con microcontrolador Bluetooth 5

El Bluetooth 5 está con nosotros desde 2016, y la versión 5.1 se lanzó hace apenas un año. El protocolo mejorado ofrece muchas mejoras sobre sus predecesores. Mientras tanto, hemos visto una mayor integración de diferentes componentes en SoCs, y Bluetooth 5/5.1 no es ajeno a esta integración. Si estás construyendo un producto ligero con bajos requisitos computacionales y una larga vida útil en el campo, entonces un microcontrolador Bluetooth 5 es un gran componente para usar en tu nuevo producto.

Características de Bluetooth 5

La especificación de Bluetooth 5, y la nueva generación Bluetooth 5.1 ofrecen un mayor alcance, tasas de datos más altas y un consumo de energía más bajo que las generaciones anteriores. Uno de los principales puntos de venta de Bluetooth es su uso para emparejar múltiples dispositivos a corta distancia, pero los dispositivos Bluetooth 5 de Clase I están calificados para uso industrial hasta 330 pies con una fuente de alimentación separada. Bluetooth 5 también introduce una PHY de radio opcional llamada ‘LE Coded’ a 1 Mbps con una potencia máxima de TX que alcanza +20dBm. Esto equivale a un potencial aumento de alcance de 4x.

Para dispositivos IoT típicos fuera del espacio industrial, como dispositivos portátiles y productos para el hogar inteligente, la mayoría o todas las funcionalidades que necesitas probablemente estarán integradas directamente en un microcontrolador Bluetooth 5. Estos componentes se están volviendo más populares para aplicaciones ligeras e industriales gracias a la integración que ofrecen.

Seleccionando un Microcontrolador Bluetooth 5

Los microcontroladores Bluetooth 5 son productos altamente integrados e incluirán muchas conexiones GPIO, así como una serie de otros periféricos integrados. Ejemplos incluyen un códec de audio integrado, salida PWM, ADC de alta precisión e interfaces configurables. El frente de RF también está integrado en estos componentes, y algunos dispositivos incluirán una antena integrada. Aquí hay algunos puntos importantes a considerar al seleccionar un microcontrolador Bluetooth 5:

• Tasa de transmisión de datos: Las tasas de datos alcanzan los 2 Mbps, aunque algunos SoCs personalizados pueden superar esto.
• Rango de voltaje de alimentación: Si estás trabajando con un dispositivo móvil, va a funcionar con una batería, y el voltaje de la batería disminuirá lentamente con el tiempo. Cuando el voltaje sea demasiado bajo, el dispositivo se apagará y cualquier dato no guardado se perderá.
• Memoria a bordo: Esto incluye memoria Flash a bordo y RAM a bordo. Las cargas de trabajo de computación más pesadas requerirán mayor RAM a bordo. Los microcontroladores Bluetooth 5 tienden a tener 1 MB o menos de memoria Flash a bordo, por lo que el código para estos productos necesita ser altamente optimizado. Una tarjeta microSD es una buena opción para expandir la memoria de tu producto.
• Corriente durante la transmisión completa: Si tu producto va a transmitir datos a otro dispositivo, la corriente durante la transmisión completa determinará cuánto dura tu batería. Esto establece un límite inferior en la vida útil de la batería durante la operación. Los valores típicos son de 5-10 mA.
• Corriente durante el modo de reposo: Tu dispositivo puede entrar en modo de reposo cuando no está procesando datos activamente o recibiendo entradas. Este valor varía desde ~1 μA hasta ~100 nA y es necesario para mantener los datos en RAM.
• Sensibilidad del receptor: Esto determina el nivel más bajo de señal de radio que puede ser detectado de manera fiable y efectivamente determinará el alcance máximo para el producto. Los valores típicos van de -90 dBm a -100 dBm.
• Certificaciones: Dependiendo de dónde quieras vender tu nuevo producto, los componentes y la placa necesitarán tener las certificaciones EMC relevantes.

Para más orientación sobre la selección de microcontroladores, echa un vistazo a Parte 1 y Parte 2 de nuestra guía de selección.

Algunas Opciones de Microcontroladores Bluetooth 5

Las unidades de microcontroladores Bluetooth 5 mostradas a continuación funcionan todas con bajo voltaje, transmiten/reciben a 2 Mbps (2.4 GHz), y están empaquetadas como componentes de montaje superficial. Estas opciones son una excelente elección para dispositivos móviles, wearables, para el hogar inteligente o dispositivos industriales pequeños. Los costos por componente (cantidad 1x) son menores de $10, y hay lotes más grandes disponibles de una variedad de distribuidores.

ON Semiconductor, NCH-RSL10-101Q48-ABG

El microcontrolador Bluetooth 5 de ON Semiconductor, NCH-RSL10-101Q48-ABG, es una excelente opción de nivel de entrada con todas las características de dispositivos más caros. Este SoC viene en un factor de forma VFQFN-48 con requisitos de energía de 3.3 V. Este producto solo consume ~9 mA de corriente en el pico de Tx, lo que equivale a solo ~0.5 W de potencia durante la transmisión de máxima fuerza.

Este IC está construido sobre un procesador ARM Cortex-M3 con una frecuencia máxima de 48 MHz. También incluye 384 KB de memoria flash a bordo y admite actualizaciones de Firmware Over-The-Air (FOTA). Comparado con otros productos en el mercado, este IC está altamente integrado e incluye muchas características que lo hacen adaptable a una gama de nuevos productos.

Diagrama de bloques del microcontrolador Bluetooth 5 NCH-RSL10-101Q48-ABG. Del datasheet de NCH-RSL10-101Q48-ABG.

Nordic Semiconductor, NRF52840-QIAA-R

El NRF52840-QIAA-R es una opción popular de microcontrolador Bluetooth 5 para una variedad de aplicaciones. Hay otros componentes de menor costo en la familia nRF52 que ofrecen menos periféricos, pero en la misma huella y con las mismas capacidades de red central. Todos los componentes de la familia nRF52 funcionan con un ARM Cortex-M4. Todos los de la Serie nRF52 tienen soporte para las características de Bluetooth 5 además de capacidades multiprotocolo, que incluyen malla Bluetooth, ANT, 802.15.4, Thread, Zigbee y 2.4 GHz propietario.

El NRF52840 incluye una Unidad de Punto Flotante (FPU) para tareas computacionales más complejas y más memoria Flash a bordo (1024 KB) que el NCH-RSL10-101Q48-ABG mostrado arriba, así como 256 KB de RAM a bordo. Este es un dispositivo ideal para aplicaciones alimentadas por batería que requieren un largo tiempo de funcionamiento.

Fotografía de la familia de interruptores T3 de ABB Control. Del datasheet de NRF52840-QIAA-R. (Alt text: Fotografía de la familia de interruptores T3) https://drive.google.com/open?id=1wOJj6PnTfA_1e830VsZlpuuTtW4d_pKK

Texas Instruments, CC2640R2FRGZR

El microcontrolador Bluetooth 5 CC2640R2FRGZR de Texas Instruments viene en un pequeño paquete 48-VQFN (BGA). Este dispositivo en particular está dirigido a aplicaciones en el mercado automotriz con cargas de trabajo computacionales bajas. También tiene una sensibilidad de receptor notable (-97 dBm para BLE), selectividad y rendimiento de bloqueo, así como una interfaz RF diferencial con 102 dB de presupuesto de enlace para BLE y hasta +5 dBm de potencia de salida programable.

El rango de voltaje de operación normal va de 1.8 a 3.8 V, o de 1.7 a 1.95 V en modo de regulador externo. A continuación, se muestran algunos circuitos de aplicación que aprovechan el regulador interno o un regulador externo. Estos rangos son un poco estrechos en comparación con los otros dos productos presentados arriba.

Fotografía del microcontrolador Bluetooth 5 de la serie CC26xx con diferentes configuraciones de regulador. Del datasheet de CC2640R2FRGZR. (Alt text: Microcontrolador Bluetooth 5 CC2640R2FRGZR) https://drive.google.com/open?id=1t9kpZrps8WG9hnVxCBw2H8ikqp48TBFP

Los microcontroladores Bluetooth 5 presentados aquí son dispositivos excelentes para nuevos productos IoT en una variedad de aplicaciones, pero estos son solo algunos ejemplos. Puedes encontrar muchos más circuitos integrados de microcontroladores y otros componentes que necesitas para productos IoT en Octopart.

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