Comunicațiile wireless ocupă un loc tot mai important în electronica actuală. Schimbul de date fără cabluri este utilizat atât în electrocasnice, cât și în automatizări industriale, echipamente medicale sau soluții pentru Internetul lucrurilor (IoT). Unul dintre cele mai răspândite standarde de comunicație pe distanțe scurte este Bluetooth. Varianta sa cu consum redus de energie, Bluetooth Low Energy (BLE), permite dezvoltarea unor dispozitive compacte, alimentate de la baterie.
Dezvoltarea unui astfel de dispozitiv presupune însă proiectarea atentă a circuitelor de radiofrecvență (RF) și a antenei, precum și efectuarea testelor și parcurgerea procedurilor de certificare necesare. O soluție practică este utilizarea modulelor de comunicație care integrează circuitul radio, microcontrolerul și componentele auxiliare. În această categorie se înscriu modulele Raytac disponibile în oferta TME.
Module de comunicație Raytac
Modulele Raytac utilizează mai multe generații de circuite SoC de la Nordic Semiconductor, echipate, printre altele, cu nuclee Arm Cortex-M4F sau Cortex-M33. În funcție de model, acestea oferă între 192 kB și 1,5 MB de memorie de program și până la 256 kB de memorie RAM. Aceste resurse permit gestionarea comunicației și rularea aplicației pe același circuit, în limita cerințelor de memorie ale proiectului.
Modulul suportă interfețele GPIO, I2C, I2S, NFC, PMD, PWM, SPI, UART, USB
Modulele asigură comunicația Bluetooth Low Energy, versiunea și funcțiile disponibile fiind determinate de model și de software-ul utilizat. În funcție de variantă, sunt disponibile rate de transfer la nivel fizic de până la 2 Mb/s, precum și moduri Long Range de 500 kb/s și 125 kb/s. Anumite module bazate pe circuite nRF54 permit și comunicații prin protocoale proprietare în banda de 2,4 GHz, la rate de transfer de până la 4 Mb/s.
Puterea maximă de emisie este de 4, 6 sau 8 dBm, în funcție de model, iar sensibilitatea declarată a receptorului poate ajunge la −103 dBm. Pe lângă BLE, anumite modele permit utilizarea protocoalelor ANT+, Thread și Zigbee, precum și a comunicațiilor bazate pe standardul IEEE 802.15.4, în funcție de circuitul integrat și de suportul software.
Suportul hardware pentru criptarea AES-128, asigurat de un coprocesor criptografic, contribuie la protejarea datelor transmise. În funcție de model, tensiunile de alimentare se încadrează în intervalul 1,7–5,5 V DC, iar temperaturile de funcționare pot acoperi intervalul −40…+105°C. Gama include astfel soluții pentru dispozitive casnice și echipamente destinate unor condiții de mediu mai solicitante.
Interfețe, antene și posibilități de integrare
Modulele Raytac oferă între 8 și 48 de linii de intrare/ieșire configurabile, precum și mai multe canale de conversie analog-digitală. În funcție de model, interfețele disponibile includ UART, I²C, I²S, SPI, QSPI, PDM, USB și NFC. Acestea permit conectarea directă a circuitului SoC la senzori, memorii sau afișaje.
Modulele sunt realizate pe plăci de circuit imprimat compacte, destinate montării pe suprafața plăcii principale a dispozitivului. În cadrul aceleiași serii, variantele bazate pe același circuit pot păstra dispunerea pinilor, diferențiindu-se prin tipul antenei: antenă de tip chip, antenă realizată pe PCB sau antenă externă conectată printr-un conector u.FL. Dispunerea pinilor poate diferi de la o serie la alta.
Potrivit datelor prezentate de TME, raza de comunicație declarată de producător este cuprinsă între 60 m și 750 m, în condiții de laborator, în funcție de model. Raza efectivă depinde de condițiile de utilizare și de mediul în care funcționează dispozitivul.
Modulele Raytac pot simplifica integrarea comunicației Bluetooth, reducând efortul necesar proiectării circuitelor RF de la zero. Utilizarea unui modul testat și certificat poate reduce și volumul de teste și documentație necesare pentru partea radio, în condițiile prevăzute de certificările modulului. Aceasta nu elimină însă evaluarea conformității produsului final.
Domeniile de utilizare includ dispozitive IoT, automatizări pentru clădiri și industrie, electronică medicală, sisteme de localizare, dispozitive mobile și sisteme de senzori.
Text elaborat de Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.
Glosar de termeni
- BLE (Bluetooth Low Energy) – Tehnologie de comunicație wireless cu consum redus de energie, potrivită pentru dispozitive alimentate de la baterie.
- SoC (System-on-Chip) – Circuit integrat care reunește procesorul, memoria și perifericele. În modulele prezentate, include și funcțiile radio.
- RF (Radio Frequency) – Radiofrecvență; termen utilizat pentru semnalele și circuitele implicate în transmisia și recepția radio.
- Long Range – Mod de comunicație Bluetooth LE care utilizează codarea datelor pentru a extinde raza de comunicație, în schimbul unei rate de transfer mai mici.
- AES-128 – Algoritm de criptare simetrică ce utilizează o cheie de 128 de biți pentru protejarea datelor.
- PDM (Pulse Density Modulation) – Modulație în densitatea impulsurilor, utilizată frecvent pentru transmiterea semnalelor de la microfoane digitale.
- u.FL – Conector coaxial miniatural utilizat pentru conectarea unei antene externe.
- dBm – Unitate care exprimă nivelul puterii raportat la 1 mW, folosită pentru puterea de emisie și sensibilitatea receptorului.