Diretrizes para Seleção de Microcontrolores Bluetooth 5

Módulo pequeno com microcontrolador Bluetooth 5

O Bluetooth 5 está conosco desde 2016, e a versão 5.1 foi lançada há apenas um ano. O protocolo atualizado oferece várias melhorias em relação aos seus predecessores. Enquanto isso, vimos uma maior integração de diferentes componentes em SoCs, e o Bluetooth 5/5.1 não é estranho a essa integração. Se você está construindo um produto leve com requisitos computacionais baixos e longa vida útil em campo, então um microcontrolador Bluetooth 5 é um ótimo componente para usar no seu novo produto.

Características do Bluetooth 5

A especificação do Bluetooth 5, e a nova geração Bluetooth 5.1 oferecem maior alcance, taxas de dados mais altas e menor consumo de energia do que as gerações anteriores. Um dos principais pontos de venda do Bluetooth é seu uso para emparelhar vários dispositivos em curto alcance, mas os dispositivos Bluetooth 5 de Classe I são classificados para uso industrial até 100 metros com uma fonte de alimentação separada. O Bluetooth 5 também introduz um PHY de rádio opcional chamado ‘LE Coded’ a 1 Mbps com potência máxima de TX alcançando +20dBm. Isso equivale a um potencial aumento de alcance de 4x.

Para dispositivos IoT típicos fora do espaço industrial, como wearables e produtos para casas inteligentes, a maioria ou todas as funcionalidades de que você precisa provavelmente será integrada diretamente em um microcontrolador Bluetooth 5. Esses componentes estão se tornando mais populares para aplicações leves e industriais graças à integração que oferecem.

Escolhendo um Microcontrolador Bluetooth 5

Os microcontroladores Bluetooth 5 são produtos altamente integrados e incluirão várias conexões GPIO, bem como um número de outros periféricos integrados. Exemplos incluem um codec de áudio integrado, saída PWM, ADC de alta precisão e interfaces configuráveis. A frente de RF também é integrada a esses componentes, e alguns dispositivos incluirão uma antena integrada. Aqui estão alguns dos pontos importantes a considerar ao selecionar um microcontrolador Bluetooth 5:

• Taxa de transmissão de dados: As taxas de dados alcançam 2 Mbps, embora alguns SoCs personalizados possam ultrapassar esse valor.
• Faixa de tensão de alimentação: Se você está trabalhando com um dispositivo móvel, ele vai funcionar com uma bateria, e a tensão da bateria vai diminuir lentamente com o tempo. Quando a tensão fica muito baixa, o dispositivo desliga e quaisquer dados não salvos serão perdidos.
• Memória embarcada: Isso inclui memória Flash embarcada e RAM embarcada. Cargas de trabalho computacionais mais pesadas exigirão maior RAM embarcada. Microcontroladores Bluetooth 5 tendem a ter 1 MB ou menos de memória Flash embarcada, então o código para esses produtos precisa ser altamente otimizado. Um cartão microSD é uma boa escolha para expandir a memória do seu produto.
• Corrente durante transmissão total: Se o seu produto vai transmitir dados para outro dispositivo, a corrente durante a transmissão total determinará quanto tempo sua bateria dura. Isso estabelece um limite inferior para a vida útil da bateria durante a operação. Valores típicos são de 5-10 mA.
• Corrente durante o modo de espera: Seu dispositivo pode entrar em modo de espera quando não está processando dados ativamente ou recebendo entradas. Esse valor varia de ~1 μA a ~100 nA e é necessário para manter os dados na RAM.
• Sensibilidade do receptor: Isso determina o nível mais baixo de sinal de rádio que pode ser detectado de forma confiável e efetivamente determinará o alcance máximo para o produto. Valores típicos são de -90 dBm a -100 dBm.
• Certificações: Dependendo de onde você deseja vender seu novo produto, os componentes e a placa precisarão ter as certificações EMC relevantes.

Para mais orientações sobre a seleção de microcontroladores, dê uma olhada na Parte 1 e na Parte 2 do nosso guia de seleção.

Algumas Opções de Microcontroladores Bluetooth 5

As unidades de microcontroladores Bluetooth 5 mostradas abaixo funcionam com baixa tensão, transmitem/recebem a 2 Mbps (2,4 GHz) e são embaladas como componentes de montagem em superfície. Essas opções são uma excelente escolha para dispositivos móveis, vestíveis, para casas inteligentes ou dispositivos industriais pequenos. Os custos por componente (quantidade 1x) são inferiores a $10, e lotes maiores estão disponíveis de uma variedade de distribuidores.

ON Semiconductor, NCH-RSL10-101Q48-ABG

O microcontrolador Bluetooth 5 da ON Semiconductor, NCH-RSL10-101Q48-ABG, é uma ótima opção de nível inicial com todos os recursos de dispositivos mais caros. Este SoC vem em um formato VFQFN-48 com requisitos de energia de 3,3 V. Este produto consome apenas ~9 mA de corrente no pico de Tx, o que equivale a apenas ~0,5 W de potência durante a transmissão de máxima força.

Este CI é construído sobre um processador ARM Cortex-M3 com frequência máxima de 48 MHz. Ele também inclui 384 KB de memória flash embarcada e suporta atualizações de Firmware Over-The-Air (FOTA). Comparado a outros produtos no mercado, este CI é altamente integrado e inclui muitos recursos que o tornam adaptável a uma gama de novos produtos.

Diagrama de blocos do microcontrolador Bluetooth 5 NCH-RSL10-101Q48-ABG. Do datasheet do NCH-RSL10-101Q48-ABG.

Nordic Semiconductor, NRF52840-QIAA-R

O NRF52840-QIAA-R é uma opção popular de microcontrolador Bluetooth 5 para uma variedade de aplicações. Existem outros componentes de custo mais baixo na família nRF52 que oferecem menos periféricos, mas no mesmo formato e com as mesmas capacidades de rede central. Todos os componentes da família nRF52 funcionam com um ARM Cortex-M4. Todos os modelos da Série nRF52 têm suporte para recursos do Bluetooth 5, além de capacidades multiprotocolo, que incluem malha Bluetooth, ANT, 802.15.4, Thread, Zigbee e 2.4 GHz proprietário.

O NRF52840 inclui uma Unidade de Ponto Flutuante (FPU) para tarefas computacionais mais complexas e mais memória Flash interna (1024 KB) do que o NCH-RSL10-101Q48-ABG mostrado acima, bem como 256 KB de RAM interna. Este é um dispositivo ideal para aplicações alimentadas por bateria que requerem longo tempo de funcionamento.

Fotografia da família de disjuntores T3 da ABB Control. Do datasheet do NRF52840-QIAA-R. (Alt text: Fotografia da família de disjuntores T3) https://drive.google.com/open?id=1wOJj6PnTfA_1e830VsZlpuuTtW4d_pKK

Texas Instruments, CC2640R2FRGZR

O microcontrolador Bluetooth 5 CC2640R2FRGZR da Texas Instruments vem em um pequeno pacote 48-VQFN (BGA). Este dispositivo em particular é voltado para aplicações no mercado automotivo com cargas de trabalho computacionais baixas. Ele também possui sensibilidade de recepção notável (-97 dBm para BLE), seletividade e desempenho de bloqueio, bem como uma interface RF diferencial com 102 dB de orçamento de link para BLE e até +5 dBm de potência de saída programável.

A tensão de operação normal varia de 1.8 a 3.8 V, ou de 1.7 a 1.95 V no modo de regulador externo. Alguns circuitos de aplicação que aproveitam o regulador interno ou um regulador externo são mostrados abaixo. Essas faixas são um pouco estreitas em comparação com os outros dois produtos apresentados acima.

Fotografia do microcontrolador Bluetooth 5 da série CC26xx com diferentes configurações de regulador. Do datasheet do CC2640R2FRGZR. (Alt text: Microcontrolador Bluetooth 5 CC2640R2FRGZR) https://drive.google.com/open?id=1t9kpZrps8WG9hnVxCBw2H8ikqp48TBFP

Os microcontroladores Bluetooth 5 apresentados aqui são excelentes dispositivos para novos produtos IoT em uma variedade de aplicações, mas estes são apenas alguns exemplos. Você pode encontrar muitos mais ICs de microcontroladores e outros componentes necessários para produtos IoT em Octopart.

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