Руководство по выбору микроконтроллера Bluetooth 5

Маленький модуль с микроконтроллером Bluetooth 5

Bluetooth 5 с нами с 2016 года, а версия 5.1 была выпущена всего год назад. Обновленный протокол предлагает множество улучшений по сравнению с предыдущими версиями. Тем временем мы видели большую интеграцию различных компонентов в SoC, и Bluetooth 5/5.1 не является исключением из этой интеграции. Если вы создаете легкий продукт с низкими вычислительными требованиями и долгим сроком службы на поле, то микроконтроллер Bluetooth 5 является отличным компонентом для управления вашим новым продуктом.

Особенности Bluetooth 5

Спецификация Bluetooth 5 и новое поколение Bluetooth 5.1 предлагают большую дальность действия, более высокие скорости передачи данных и меньшее энергопотребление по сравнению с предыдущими поколениями. Одной из основных преимуществ Bluetooth является его использование для соединения нескольких устройств на коротком расстоянии, но устройства Bluetooth 5 класса I рассчитаны для промышленного использования на расстоянии до 100 метров с отдельным источником питания. Bluetooth 5 также вводит опциональный радиофизический интерфейс под названием «LE Coded» со скоростью 1 Мбит/с и максимальной мощностью передачи до +20dBm. Это равносильно потенциальному увеличению дальности в 4 раза.

Для типичных IoT-устройств вне промышленной сферы, таких как носимые устройства и продукты для умного дома, большинство или все необходимые функции, скорее всего, будут интегрированы непосредственно в микроконтроллер Bluetooth 5. Эти компоненты становятся более популярными для легких и промышленных приложений благодаря предлагаемой ими интеграции.

Выбор микроконтроллера Bluetooth 5

Микроконтроллеры Bluetooth 5 являются высокоинтегрированными продуктами и будут включать в себя множество подключений GPIO, а также ряд других интегрированных периферийных устройств. Примеры включают интегрированный аудиокодек, выход PWM, высокоточный АЦП и настраиваемые интерфейсы. Радиочастотный передний тракт также интегрирован в эти компоненты, и некоторые устройства будут включать интегрированную антенну. Вот некоторые важные моменты, которые следует учитывать при выборе микроконтроллера Bluetooth 5:

• Скорость передачи данных: Скорость данных достигает 2 Мбит/с, хотя некоторые пользовательские SoC могут иметь более высокую скорость.
• Диапазон напряжения питания: Если вы работаете с мобильным устройством, оно будет работать от батареи, и напряжение батареи будет постепенно снижаться со временем. Когда напряжение станет слишком низким, устройство выключится, и все несохраненные данные будут потеряны.
• Встроенная память: Включает в себя встроенную флэш-память и встроенную RAM. Более тяжелые вычислительные задачи потребуют большего объема встроенной RAM. Микроконтроллеры Bluetooth 5 обычно имеют 1 МБ или меньше встроенной флэш-памяти, поэтому код для этих продуктов нуждается в серьезной оптимизации. Карта microSD является хорошим выбором для расширения памяти вашего продукта.
• Ток во время полной передачи: Если ваш продукт будет передавать данные на другое устройство, ток во время полной передачи определит, как долго будет работать ваш аккумулятор. Это устанавливает нижний предел времени работы батареи во время работы. Типичные значения составляют 5-10 мА.
• Ток в режиме сна: Ваше устройство может переходить в режим сна, когда оно не обрабатывает данные активно или не получает входные сигналы. Это значение варьируется от ~1 мкА до ~100 нА и необходимо для сохранения данных в RAM.
• Чувствительность приемника: Определяет минимальный уровень радиосигнала, который может быть надежно обнаружен, и будет фактически определять максимальную дальность действия продукта. Типичные значения составляют от -90 дБм до -100 дБм.
• Сертификации: В зависимости от того, где вы хотите продавать свой новый продукт, компоненты и плата должны иметь соответствующие сертификаты EMC.

Для получения дополнительных рекомендаций по выбору микроконтроллера ознакомьтесь с Частью 1 и Частью 2 нашего руководства по выбору.

Некоторые варианты микроконтроллеров Bluetooth 5

Показанные ниже микроконтроллеры Bluetooth 5 работают на низком напряжении, передают/принимают данные со скоростью 2 Мбит/с (2,4 ГГц) и поставляются в виде компонентов для поверхностного монтажа. Эти варианты являются отличным выбором для мобильных устройств, носимой электроники, умного дома или небольших промышленных устройств. Стоимость за компонент (в количестве 1 шт.) составляет менее 10 долларов США, а большие партии доступны у различных дистрибьюторов.

ON Semiconductor, NCH-RSL10-101Q48-ABG

Микроконтроллер Bluetooth 5 от ON Semiconductor NCH-RSL10-101Q48-ABG является отличным вариантом начального уровня со всеми функциями более дорогих устройств. Этот SoC выполнен в форм-факторе VFQFN-48 с требованиями к питанию 3,3 В. Этот продукт потребляет всего ~9 мА тока в пике Tx, что соответствует всего ~0,5 Вт мощности во время передачи полной мощности.

Этот ИС построен на процессоре ARM Cortex-M3 с максимальной частотой 48 МГц. Также включает 384 КБ встроенной флэш-памяти и поддерживает обновления прошивки по воздуху (FOTA). По сравнению с другими продуктами на рынке, этот ИС высокоинтегрирован и включает множество функций, делающих его адаптируемым к ряду новых продуктов.

Блок-схема микроконтроллера Bluetooth 5 NCH-RSL10-101Q48-ABG. Из технического описания NCH-RSL10-101Q48-ABG.

Nordic Semiconductor, NRF52840-QIAA-R

NRF52840-QIAA-R является одним из популярных вариантов микроконтроллера Bluetooth 5 для различных приложений. В семействе nRF52 есть и другие, более дешевые компоненты, которые предлагают меньше периферийных устройств, но в том же корпусе и с теми же основными сетевыми возможностями. Все компоненты семейства nRF52 работают на ARM Cortex-M4. Все модели серии nRF52 поддерживают функции Bluetooth 5, а также мультипротокольные возможности, включая Bluetooth mesh, ANT, 802.15.4, Thread, Zigbee и 2.4 ГГц собственный протокол.

NRF52840 включает в себя блок с плавающей точкой (FPU) для более сложных вычислительных задач и больше встроенной памяти Flash (1024 КБ), чем показанный выше NCH-RSL10-101Q48-ABG, а также 256 КБ встроенной RAM. Это устройство идеально подходит для приложений, работающих от батарей, которые требуют длительного времени работы.

Фотография семейства автоматических выключателей T3 от ABB Control. Из технического описания NRF52840-QIAA-R. (Alt text: Фотография семейства автоматических выключателей T3) https://drive.google.com/open?id=1wOJj6PnTfA_1e830VsZlpuuTtW4d_pKK

Texas Instruments, CC2640R2FRGZR

Микроконтроллер Bluetooth 5 CC2640R2FRGZR от Texas Instruments поставляется в малогабаритном корпусе 48-VQFN (BGA). Это устройство ориентировано на приложения в автомобильном рынке с низкими вычислительными нагрузками. Оно также обладает выдающейся чувствительностью приемника (-97 dBm для BLE), селективностью и способностью подавления помех, а также дифференциальным RF интерфейсом с 102 dB бюджетом связи для BLE и до +5 dBm программируемой выходной мощностью.

Нормальное напряжение работы варьируется от 1.8 до 3.8 В, или от 1.7 до 1.95 В в режиме внешнего регулятора. Ниже показаны некоторые схемы приложений, использующие внутренний регулятор или внешний регулятор. Эти диапазоны немного узкие по сравнению с двумя другими представленными выше продуктами.

Фотография серии микроконтроллеров Bluetooth 5 CC26xx с различными конфигурациями регуляторов. Из технического описания CC2640R2FRGZR. (Alt text: Микроконтроллер Bluetooth 5 CC2640R2FRGZR) https://drive.google.com/open?id=1t9kpZrps8WG9hnVxCBw2H8ikqp48TBFP

Представленные здесь микроконтроллеры Bluetooth 5 являются отличными устройствами для новых продуктов IoT в различных приложениях, но это лишь некоторые примеры. Вы можете найти гораздо больше микроконтроллерных ИС и другие компоненты, необходимые для продуктов IoT, на Octopart.

Оставайтесь в курсе наших последних статей, подписавшись на нашу рассылку.