de Lan Hong, Product Sales Manager Wireless Competence Center
Rutronik Elektronische Bauelemente GmbH
Tehnologia comunicaţiilor mobile este considerată a fi elementul care stă la baza IoT. Cei care doresc să evite instalarea de module de comunicaţii mobile pentru a conserva mai mult viaţa bateriei, pentru a reduce dimensiunile sau costurile, sau pentru a evita dependenţa de un singur furnizor, pot utiliza telefoanele mobile ca poartă şi să conecteze dispozitivele cu ajutorul noii tehnologii Bluetooth Smart, cunoscută adesea ca BLE (Bluetooth Low Energy). În acord cu cele declarate de Grupul SIG (Bluetooth Special Interest Group), în 2016 vor fi instalate peste un miliard de cipuri BLE, cu seria nRF51 utilizată deja în nenumărate aplicaţii. Acum următoarea generaţie apare pe piaţă sub forma nRF52. Acesta îşi depăşeşte predecesorul în multe aspecte – performanţe superioare de aproape 10 ori în procesarea datelor, eficienţă energetică îmbunătăţită pentru aplicaţii. O altă nouă caracteristică este eticheta pe cip NFC™ pentru conexiuni prietenoase prin atingere.
Principiul Leopard – alegerea ritmului fără o clipă de pierdut…
nRF52 depăşeşte performanţele sistemelor disponibile Bluetooth Smart SoC.
Diferenţa principală faţă de predecesorul seriei nRF51 este înlocuirea procesorului 16MHz ARM Cortex M0 cu mult mai puternicul 64MHz ARM Cortex M4F. Performanţele mai mari permit acum dezvoltarea unor aplicaţii Bluetooth Smart mai solicitante, pentru care, până acum necesitau utilizarea unui microcontroler extern.
Experienţa utilizatorului Bluetooth Smart este masiv simplificată mulţumită implementării NFC. Anterior, dezvoltatorii trebuiau să utilizeze soluţii cu două cipuri cu transceiver separat şi procesor pentru a obţine rezultate comparabile – ceea ce înseamnă compromisuri în termeni de cost şi spaţiu. Mulţumită noului procesor, seria nRF52 depăşeşte CoreMark-ul tuturor celorlalte sisteme pe cip disponibile Bluetooth Smart. CoreMark este o referinţă pentru măsurarea performanţelor CPU în sisteme embedded stabilită de consorţiul eeMBC (Embedded Microprocessor Benchmark).
Nordic a prezentat primul membru al familiei, nRF52832. Acest sistem pe cip oferă o putere de procesare generică cu 60% mai mare, operaţii în virgulă mobilă de 10 ori mai rapide, şi performanţe duble DSP faţă de soluţiile comparabile Bluetooth Smart. Acest circuit ajunge la un punctaj CoreMark nemaiatins, de 215. Cu 90 CoreMark/mA, acest SoC este de două ori mai eficient energetic faţă de soluţiile competitive.
… şi revenirea la modul de aşteptare la fel de repede
În ciuda performanţelor sale înalte, nRF52 atinge nivele ridicate de eficienţă energetică, facilitând astfel un proiect de management energetic pentru dezvoltatori. El necesită numai o singură sursă de tensiune de la 1,6 la 3,6V şi dispune de un sistem de management energetic complet automat ce monitorizează întreaga sursă de alimentare şi selectează controlerul optim între convertorul CC-CC coborâtor de tensiune şi stabilizatorul LDO (low-dropout) de pe cip. Această serie are câteva moduri de aşteptare de ultra-joasă putere. În modul “On”/idle cu un ceas de timp real (RTC), el consumă 1,4μA, în vreme ce în modul “On”/idle în izolare, el utilizează numai 900nA şi ajunge la 500nA în mod “Off”.
O conexiune robustă în banda 2,4GHz
Unitatea wireless de 2,4GHz integrată în sistemul pe cip nRF52 a fost îmbunătăţită, dar rămâne compatibilă cu seria nRF51 şi cu dispozitivele nRF24L şi nRF24. Ea are o sensibilitate de recepţie maximă (RX) de -96dB şi o ieşire maximă TX de +4dBm, care poate fi reprogramată cu un increment de 4dB. Acest aspect creşte bugetul legăturii cu până la 8dB faţă de generaţia anterioară. Astfel se oferă o gamă mai mare şi o transmisie mai robustă în banda adesea folosită de 2,4GHz.
Modulul necesită de asemenea până la 30% mai puţină putere faţă de seria nRF51. Curenţii de vârf RX şi TX la 0dBm sunt 5,5mA, în vreme ce TX creşte la 7mA la +4dBm. Filtrul balun integrat în nRF52 face să nu mai fie necesar un astfel de filtru extern.
Înalt nivel de integrare
Deoarece prima soluţie Bluetooth Smart, seria nRF52 are pe cip o etichetă NFC. Tehnologia RF fără contact permite un schimb bidirecţional de date între dispozitive prin simpla atingere a lor la o distanţă de până la 4 cm. Acest lucru permite utilizatorilor sa conecteze dispozitive Bluetooth Smart şi Bluetooth Smart Ready fără un proces manual complicat.
nRF52832 vine de asemenea pe cip cu numeroase periferice analogice şi digitale ce pot fi utilizate pentru conectarea externă a unor componente precum senzori, display-uri, controlere tactile, LED-uri, tastaturi, motoare, microfoane digitale şi codec-uri audio.
Astfel, acest sistem pe cip este ideal pentru dispozitive purtabile, control de la distanţă, dispozitive casnice inteligente şi încărcare fără fir.
Sistemul pe cip ocupă un spaţiu de numai 6 mm ×6 mm (QFN48), permiţând realizarea de produse finale chiar şi mai mici, reducând în acelaşi timp şi necesarul de componente. O implementare completă a Bluetooth Smart cu 11 elemente pasive şi un oscilator cu cristal de cuarţ de 32MHz ocupă spaţiul unei amprente de deget pe placa de circuit.
Oscilatoarele cu cristal de la Epson de exemplu sunt ideale pentru acest lucru, iar pentru că au fost testate de Nordic, asigură o integrare armonioasă cu sistemul pe cip.
Migrare simplă
Suplimentare acestor numeroase caracteristici, există câteva lucruri care au rămas la fel – precum seria nRF51, arhitectura sistemului pe cip nRF52 utilizează de asemenea două blocuri complet autonome de operare a datelor: unul pentru programul de aplicaţie şi unul pentru programul ce implementează protocolul (SoftDevice). Acesta protejează resursele esenţiale necesare pentru gestionarea protocolului wireless şi oferă acces garantat şi timp de reacţie redus. Ca fişier binar conectat şi precompilat, protocolul nu are dependenţe de compilare şi timp de rulare de tipul celor pe care le au dezvoltatorii cu probleme atunci când lucrează într-un framework de producător. La comutarea SoC, software-ul poate fi transferat cu uşurinţă între seriile nRF51 şi nRF52, iar programul stabil al aplicaţiei rămâne utilizabil.
Sistemul pe cip nRF52 SoC dispune de funcţia PPI (Programmable Peripheral Interconnect) de la seria nRF51. Acest lucru înseamnă că PPI poate fi acum utilizat pentru toate perifericele în locul doar a unui grup selectat. Modulul de sarcini & evenimente, ce gestionează alocarea pinilor de intrare / ieşire, este de asemenea menţinută. nRF52 utilizează de asemenea acelaşi lanţ de unelte precum nRF51, însemnând că dezvoltatorii de software trebuie doar să actualizeze componentele acestui lanţ la cele mai recente versiuni.
A Game Changer
Nordic intenţionează să împingă limitele Bluetooth Smart cu seria nRF52. Ceea ce este sigur, este că SoC va oferi dezvoltatorilor numeroase noi oportunităţi de aplicaţii inovative sau produse finale optimizate. Mulţumită compatibilităţii lor software cu seria nRF51 şi scalabilităţii dimensiunii memoriilor RAM şi flash, noua serie nRF52 oferă de asemenea un înalt grad de flexibilitate a proiectării.
nRF52832 este recomandat cu siguranţă pentru orice nou proiect care necesită performanţe CPU ridicate şi o soluţie autentică pe un cip, printre acestea fiind aplicaţii IoT care necesită o analiză iniţială locală a datelor înainte ca acestea să fie trimise. În prima parte a anului 2016 va lansa de asemenea pe piaţă o capsulă de cip de 3 mm × 3,2 mm, care oferă noi oportunităţi mulţumită dimensiunilor miniaturale, în special pentru soluţii purtabile, soluţii de interfaţare (HID) şi de încărcare wireless. Pentru aplicaţii mai puţin solicitante precum balize sau chei de localizare, nRF51 va rămâne mult timp cea mai potrivită alegere ￭
Caracteristici cheie ale seriei nRF52
• Performanţe de procesor mai ridicate
Produse finale mai atractive cu caracteristici inovative şi o experienţă îmbunătăţită a utilizatorului
• Eficienţă energetică optimizată
Durată mai mare de viaţă a bateriei sau baterii mai mici şi mai uşoare
• Nivel ridicat de integrare
Produse finale mai mici şi listă de materiale mai scurtă
• Performanţe îmbunătăţite de transmisie şi recepţie
Conexiune mai sigură, susceptibilitate mai mică la erori, rază de acţiune mai mare, viteze de transfer de date mai mari, topologii de reţea mai mari, protocoale mai complexe şi funcţionalitate de securitate extinsă.
Rutronik Elektronische Bauelemente
www.rutronik.com