Linee Guida per la Selezione di Microcontrollori Bluetooth 5

Modulo piccolo con microcontrollore Bluetooth 5

Il Bluetooth 5 è tra noi dal 2016, e la versione 5.1 è stata rilasciata appena un anno fa. Il protocollo aggiornato offre numerosi miglioramenti rispetto ai suoi predecessori. Nel frattempo, abbiamo assistito a una maggiore integrazione di diversi componenti in SoC, e il Bluetooth 5/5.1 non è estraneo a questa integrazione. Se stai costruendo un prodotto leggero con requisiti computazionali bassi e una lunga durata sul campo, allora un microcontrollore Bluetooth 5 è un ottimo componente da utilizzare per far funzionare il tuo nuovo prodotto.

Caratteristiche del Bluetooth 5

La specifica Bluetooth 5, e la nuova generazione Bluetooth 5.1 offrono una portata maggiore, tassi di trasmissione dati più elevati e un consumo energetico inferiore rispetto alle generazioni precedenti. Uno dei principali punti di forza del Bluetooth è il suo utilizzo per l'abbinamento di più dispositivi a breve distanza, ma i dispositivi Bluetooth 5 di Classe I sono valutati per l'uso industriale fino a 330 piedi con un'alimentazione separata. Il Bluetooth 5 introduce anche un PHY radio opzionale chiamato 'LE Coded' a 1 Mbps con una potenza massima di trasmissione che raggiunge +20dBm. Ciò equivale a un potenziale aumento della portata di 4 volte.

Per i tipici dispositivi IoT al di fuori dello spazio industriale, come i dispositivi indossabili e i prodotti per la casa intelligente, la maggior parte o tutte le funzionalità di cui hai bisogno saranno probabilmente integrate direttamente in un microcontrollore Bluetooth 5. Questi componenti stanno diventando più popolari per applicazioni leggere e industriali grazie all'integrazione che offrono.

Scegliere un Microcontrollore Bluetooth 5

I microcontrollori Bluetooth 5 sono prodotti fortemente integrati e includeranno numerosi collegamenti GPIO, così come un numero di altri periferici integrati. Esempi includono un codec audio integrato, uscita PWM, ADC ad alta precisione e interfacce configurabili. Anche il front-end RF è integrato in questi componenti, e alcuni dispositivi includeranno un'antenna integrata. Ecco alcuni dei punti importanti da considerare quando si seleziona un microcontrollore Bluetooth 5:

• Velocità di trasmissione dati: Le velocità dei dati raggiungono i 2 Mbps, anche se alcuni SoC personalizzati possono superare questo valore.
• Intervallo di tensione di alimentazione: Se stai lavorando con un dispositivo mobile, funzionerà su una batteria, e la tensione della batteria diminuirà lentamente nel tempo. Quando la tensione diventa troppo bassa, il dispositivo si spegnerà e tutti i dati non salvati andranno persi.
• Memoria a bordo: Questo include la memoria Flash a bordo e la RAM a bordo. Carichi di lavoro di calcolo più pesanti richiederanno una maggiore RAM a bordo. I microcontrollori Bluetooth 5 tendono ad avere 1 MB o meno di memoria Flash a bordo, quindi il codice per questi prodotti deve essere fortemente ottimizzato. Una scheda microSD è una buona scelta per espandere la memoria del tuo prodotto.
• Corrente durante la trasmissione completa: Se il tuo prodotto trasmetterà dati ad un altro dispositivo, la corrente durante la trasmissione completa determinerà quanto durerà la tua batteria. Questo stabilisce un limite inferiore sulla durata della batteria durante il funzionamento. I valori tipici sono 5-10 mA.
• Corrente durante il sonno: Il tuo dispositivo può entrare in modalità sonno quando non sta elaborando attivamente dati o ricevendo input. Questo valore varia da ~1 μA a ~100 nA ed è necessario per mantenere i dati nella RAM.
• Sensibilità del ricevitore: Questo determina il livello più basso di segnale radio che può essere rilevato in modo affidabile e determinerà efficacemente la portata massima per il prodotto. I valori tipici vanno da -90 dBm a -100 dBm.
• Certificazioni: A seconda di dove vuoi vendere il tuo nuovo prodotto, i componenti e la scheda dovranno avere le certificazioni EMC pertinenti.

Per ulteriori consigli sulla selezione dei microcontrollori, dai un'occhiata alla Parte 1 e alla Parte 2 della nostra guida alla selezione.

Alcune opzioni di microcontrollori Bluetooth 5

I microcontrollori Bluetooth 5 mostrati di seguito funzionano tutti a bassa tensione, trasmettono/ricevono a 2 Mbps (2,4 GHz) e sono confezionati come componenti per montaggio superficiale. Queste opzioni sono un'eccellente scelta per dispositivi mobili, indossabili, per la smart home o per piccoli dispositivi industriali. I costi per componente (quantità 1x) sono inferiori a $10, e lotti più grandi sono disponibili da una varietà di distributori.

ON Semiconductor, NCH-RSL10-101Q48-ABG

Il microcontrollore Bluetooth 5 di ON Semiconductor, NCH-RSL10-101Q48-ABG, è un'ottima opzione di livello base con tutte le caratteristiche dei dispositivi più costosi. Questo SoC è disponibile in un formato VFQFN-48 con requisiti di alimentazione di 3,3 V. Questo prodotto consuma solo ~9 mA di corrente al picco di Tx, equivalente a solo ~0,5 W di potenza durante la trasmissione a piena forza.

Questo IC è basato su un processore ARM Cortex-M3 con una frequenza massima di 48 MHz. Include anche 384 KB di memoria flash a bordo e supporta gli aggiornamenti Firmware Over-The-Air (FOTA). Rispetto ad altri prodotti sul mercato, questo IC è altamente integrato e include molte caratteristiche che lo rendono adattabile a una gamma di nuovi prodotti.

Diagramma a blocchi del microcontrollore Bluetooth 5 NCH-RSL10-101Q48-ABG. Dal datasheet di NCH-RSL10-101Q48-ABG.

Nordic Semiconductor, NRF52840-QIAA-R

Il NRF52840-QIAA-R è un'opzione popolare di microcontrollore Bluetooth 5 per una varietà di applicazioni. Ci sono altri componenti a costo inferiore nella famiglia nRF52 che offrono meno periferiche, ma nello stesso footprint e con le stesse capacità di networking di base. Tutti i componenti della famiglia nRF52 funzionano su un ARM Cortex-M4. Tutta la serie nRF52 supporta le funzionalità Bluetooth 5 in aggiunta alle capacità multiprotocollo, che includono mesh Bluetooth, ANT, 802.15.4, Thread, Zigbee e proprietario a 2.4 GHz.

Il NRF52840 include una Floating Point Unit (FPU) per compiti computazionali più complessi e più memoria Flash on-board (1024 KB) rispetto al NCH-RSL10-101Q48-ABG mostrato sopra, così come 256 KB di RAM on-board. Questo è un dispositivo ideale per applicazioni alimentate a batteria che richiedono un lungo uptime.

Fotografia della famiglia di interruttori T3 di ABB Control. Dal datasheet di NRF52840-QIAA-R. (Testo alternativo: Fotografia della famiglia di interruttori T3) https://drive.google.com/open?id=1wOJj6PnTfA_1e830VsZlpuuTtW4d_pKK

Texas Instruments, CC2640R2FRGZR

Il microcontrollore Bluetooth 5 CC2640R2FRGZR di Texas Instruments è disponibile in un piccolo pacchetto 48-VQFN (BGA). Questo dispositivo particolare è destinato ad applicazioni nel mercato automobilistico automotive con carichi di lavoro computazionali bassi. Ha anche una sensibilità del ricevitore eccezionale (-97 dBm per BLE), selettività e prestazioni di blocco, oltre a un'interfaccia RF differenziale con 102 dB di budget di collegamento per BLE e fino a +5 dBm di potenza di uscita programmabile.

Il voltaggio di funzionamento normale varia da 1.8 a 3.8 V, o da 1.7 a 1.95 V in modalità regolatore esterno. Di seguito sono mostrati alcuni circuiti di applicazione che sfruttano il regolatore interno o un regolatore esterno. Questi intervalli sono un po' ristretti rispetto agli altri due prodotti presentati sopra.

Fotografia della serie di microcontrollori Bluetooth 5 CC26xx con diverse configurazioni di regolatore. Dal datasheet di CC2640R2FRGZR. (Testo alternativo: Microcontrollore Bluetooth 5 CC2640R2FRGZR) https://drive.google.com/open?id=1t9kpZrps8WG9hnVxCBw2H8ikqp48TBFP

I microcontrollori Bluetooth 5 presentati qui sono dispositivi eccellenti per nuovi prodotti IoT in una varietà di applicazioni, ma questi sono solo alcuni esempi. Puoi trovare molti altri IC per microcontrollori e gli altri componenti di cui hai bisogno per i prodotti IoT su Octopart.

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