Bluetooth 5 マイクロコントローラ選択ガイドライン

Bluetooth 5マイクロコントローラーを搭載した小型モジュール

Bluetooth 5は2016年から私たちのもとにあり、v5.1はわずか1年前にリリースされました。アップグレードされたプロトコルは、その前身よりも多くの改善を提供します。一方で、SoC内に異なるコンポーネントの統合が進んでおり、Bluetooth 5/5.1もこの統合の例外ではありません。軽量で計算要件が低く、現場での長寿命が求められる製品を構築している場合、Bluetooth 5マイクロコントローラーは新製品を動かすための素晴らしいコンポーネントです。

Bluetooth 5の特徴

Bluetooth 5の仕様、および新しいBluetooth 5.1世代は、以前の世代よりも長い範囲、高いデータレート、低い電力消費を提供します。Bluetoothの主なセールスポイントの一つは、短距離で複数のデバイスをペアリングするための使用ですが、Class I Bluetooth 5デバイスは別の電源を使用して最大330フィートの工業用途に適しています。Bluetooth 5は、最大TXパワーが+20dBmに達する1 Mbpsのオプションの無線PHY「LE Coded」も導入します。これは、潜在的な4倍の範囲増加に相当します。

産業スペース外の典型的なIoTデバイス、例えばウェアラブルやスマートホーム製品にとって、必要とされる機能のほとんど、またはすべてがBluetooth 5マイクロコントローラーに直接統合されている可能性が高いです。これらのコンポーネントは、提供する統合のおかげで、軽量および産業用途においてより人気が高まっています。

Bluetooth 5マイクロコントローラーの選択

Bluetooth 5マイクロコントローラーは高度に統合された製品であり、多数のGPIO接続のほか、統合されたオーディオコーデック、PWM出力、高精度ADC、および設定可能なインターフェースなど、多くの統合ペリフェラルを含むでしょう。RFフロントエンドもこれらのコンポーネントに統合されており、一部のデバイスには統合アンテナが含まれることもあります。Bluetooth 5マイクロコントローラーを選択する際に考慮すべき重要な点は以下の通りです：

• データストリーミングレート：データレートは2 Mbpsに達しますが、一部のカスタムSoCではこれを超えることがあります。
• 供給電圧範囲：モバイルデバイスを扱っている場合、それはバッテリーで動作し、バッテリー電圧は時間とともに徐々に低下します。電圧が低すぎると、デバイスはオフになり、保存されていないデータは失われます。
• オンボードメモリ：これにはオンボードフラッシュメモリとオンボードRAMが含まれます。重い計算作業を行うには、より多くのオンボードRAMが必要になります。Bluetooth 5のマイクロコントローラは、オンボードフラッシュメモリが1 MB以下のものが多いため、これらの製品のコードは大幅に最適化する必要があります。製品のメモリを拡張するには、microSDカードが良い選択です。
• 全送信時の電流：製品が他のデバイスにデータをストリーミングする場合、全送信時の電流はバッテリーの持続時間を決定します。これは運用中のバッテリー寿命の下限を設定します。典型的な値は5-10 mAです。
• スリープ時の電流：デバイスは、データをアクティブに処理したり入力を受け取ったりしていないときにスリープモードに入ることができます。この値は約1 μAから約100 nAの範囲であり、RAM内のデータを保持するために必要です。
• 受信感度：これは、信頼性の高い検出が可能な最低の無線信号レベルを決定し、製品の最大範囲を効果的に決定します。典型的な値は-90 dBmから-100 dBmです。
• 認証：新しい製品を販売したい場所によっては、コンポーネントとボードに関連するEMC認証が必要になります。

マイクロコントローラの選択に関するさらなるガイダンスについては、パート1とパート2の選択ガイドをご覧ください。

いくつかのBluetooth 5マイクロコントローラオプション

以下に示すBluetooth 5マイクロコントローラユニットはすべて低電圧で動作し、2 Mbps（2.4 GHz）で送受信し、表面実装コンポーネントとしてパッケージされています。これらのオプションは、モバイル、ウェアラブル、スマートホーム、または小規模な産業デバイスに最適です。コンポーネントあたりのコスト（1x数量）は$10未満で、さまざまなディストリビューターから大量ロットが利用可能です。

ON Semiconductor, NCH-RSL10-101Q48-ABG

ON SemiconductorのNCH-RSL10-101Q48-ABG Bluetooth 5マイクロコントローラは、より高価なデバイスのすべての機能を備えた、優れたエントリーレベルのオプションです。このSoCはVFQFN-48フォームファクタで、3.3 Vの電力要件があります。この製品は、ピークTx時に約9 mAの電流のみを消費し、全強度送信中の電力は約0.5 Wに相当します。

このICは、最大周波数48 MHzで動作するARM Cortex-M3プロセッサに基づいて構築されており、384 KBのオンボードフラッシュメモリを含み、ファームウェアオーバーザエア（FOTA）アップデートをサポートしています。市場に出回っている他の製品と比較して、このICは高度に統合されており、新しい製品に適応するための豊富な機能を備えています。

NCH-RSL10-101Q48-ABG Bluetooth 5 マイクロコントローラのブロックダイアグラム。 NCH-RSL10-101Q48-ABG データシートより。

Nordic Semiconductor, NRF52840-QIAA-R

NRF52840-QIAA-R は、さまざまなアプリケーションに適した人気のBluetooth 5 マイクロコントローラの一つです。nRF52ファミリーには、同じフットプリントと同じコアネットワーキング機能を持ちながら、周辺機器が少なくコストが低い他のコンポーネントもあります。nRF52ファミリーのすべてのコンポーネントはARM Cortex-M4で動作します。nRF52シリーズのすべてには、Bluetooth 5の機能に加えて、Bluetooth mesh、ANT、802.15.4、Thread、Zigbee、および2.4 GHzの独自プロトコルを含むマルチプロトコル機能がサポートされています。

NRF52840には、より複雑な計算タスク用の浮動小数点ユニット(FPU)と、上に示されたNCH-RSL10-101Q48-ABGよりも多いオンボードフラッシュメモリ（1024 KB）、および256 KBのオンボードRAMが含まれています。これは、長い稼働時間を必要とするバッテリー駆動アプリケーションに理想的なデバイスです。

ABB ControlのT3ブレーカーファミリーの写真。NRF52840-QIAA-R データシートより。 (Alt text: T3ブレーカーファミリーの写真) https://drive.google.com/open?id=1wOJj6PnTfA_1e830VsZlpuuTtW4d_pKK

Texas Instruments, CC2640R2FRGZR

CC2640R2FRGZR Bluetooth 5 マイクロコントローラは、Texas Instrumentsから提供され、小型の48-VQFNパッケージ（BGA）で提供されます。このデバイスは、計算負荷が低い自動車市場のアプリケーションを対象としています。また、優れた受信感度（BLE用-97 dBm）、選択性、およびブロッキング性能を持ち、BLE用の102 dBリンクバジェットと最大+5 dBmのプログラマブル出力パワーを備えた差動RFインターフェースを持っています。

通常の動作電圧範囲は1.8から3.8 V、または外部レギュレータモードでは1.7から1.95 Vです。以下に示すように、内蔵レギュレータまたは外部レギュレータを利用したアプリケーション回路があります。これらの範囲は、上記の他の2つの製品と比較してやや狭いです。

CC26xxシリーズBluetooth 5マイクロコントローラの異なるレギュレータ構成の写真。CC2640R2FRGZRデータシートより。 (Alt text: CC2640R2FRGZR Bluetooth 5 マイクロコントローラ) https://drive.google.com/open?id=1t9kpZrps8WG9hnVxCBw2H8ikqp48TBFP

ここで紹介されているBluetooth 5マイクロコントローラーは、さまざまなアプリケーションの新しいIoT製品に優れたデバイスですが、これらはほんの一例に過ぎません。IoT製品に必要な他の多くのマイクロコントローラICやその他のコンポーネントは、Octopartで見つけることができます。

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