Wykorzystanie zaawansowanych układów SoC Bluetooth 5.2 do budowy bezpiecznych urządzeń IoT o niskiej mocy
Łączność Bluetooth i niskie zużycie energii to kluczowe wymagania w projektach z zasilaniem bateryjnym stanowiących bazę produkowanych masowo przedmiotów wykorzystywanych do Internetu rzeczy (IoT), urządzeń ubieralnych czy aplikacji automatyki budynkowej.
Dzięki rdzeniowi Arm Cortex-M33 z powiązaną pamięcią, podstawowa architektura SoC EFR32BG22 łączy w sobie szeroki zestaw interfejsów szeregowych, kanałów GPIO, zegarów i timerów. Zintegrowany 12-bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC) obsługuje przetwarzanie wejściowe SE (single-ended) lub różnicowe z prędkością do 1 miliona próbek na sekundę (MSPS) dzięki nowatorskiej architekturze, która łączy elementy z rejestru SAR i przetworniki delta-sigma.
W grupie EFR32BG22 różne urządzenia są projektowane tak, aby spełniać określone wymagania dotyczące przetwarzania i operacji Bluetooth. Na przykład deweloperzy budujący projekty do bardziej wymagających obliczeń mogą wybrać SoC EFR32BG22C222, który oferuje szybszy rdzeń, więcej GPIO i wyższą moc nadawania (TX). W przypadku projektów zbudowanych do zastosowań RTLS lub IPS konstruktorzy mogą skorzystać z SoC EFR32BG22C224 z wbudowanym wsparciem próbkowania IQ i ze zwiększoną czułością odbiornika (RX).
Podstawą każdego urządzenia z grupy EFR32BG22 jest kompletny podsystem radiowy, moduł zabezpieczeń i jednostka zarządzania energią, które zapewniają szeroki zakres usług wymaganych do bezpiecznej komunikacji Bluetooth o niskim poborze mocy.
Podsystem radiowy Bluetooth o niskiej mocy
Podsystem radiowy grupy EFR32BG22 obsługuje technologię Bluetooth Low Energy 5.2 poprzez osobne ścieżki sygnałowe nadawania (TX) i odbioru (RX) kontrolowane przez dedykowany rdzeń procesora Arm Cortex-M0+ o ultraniskiej mocy. Projekt podsystemu radiowego uzupełnia możliwości przetwarzania tego rdzenia o dedykowane bloki, w tym sterownik FRC, moduł kontrolny CRC i dedykowany sterownik bufora radiowego (BUFC), który zarządza buforami RAM (ilustracja 4).
Ilustracja 4: Urządzenie SoC EFR32BG22 posiada zintegrowany kompletny podsystem radiowy BLE sterowany przez dedykowany rdzeń procesora Arm Cortex-M0+. (Źródło ilustracji: © Silicon Labs)
Ścieżka nadawania (TX), oparta na architekturze nadajnika z bezpośrednią konwersją obejmuje wbudowany wzmacniacz mocy (PA) z modulatorem (MOD) i syntezatorem częstotliwości. Podczas wykonywania protokołów wielodostępu do łącza ze śledzeniem stanu nośnika i unikaniem kolizji (CSMA/CA) lub listen-before-talk (LBT), sterownik radiowy Arm Cortex-M0+ automatycznie zarządza niezbędnym taktowaniem transmisji ramki.
Ścieżka odbioru (RX) wykorzystuje architekturę odbiornika o niskiej częstotliwości pośredniej (IF), która obejmuje wzmacniacz niskoszumowy (LNA), automatyczną kontrolę wzmocnienia (AGC) i przetwornik IF ADC, który umożliwia urządzeniu cyfrową demodulację (DEMOD) z decymacją oraz filtrowaniem i może być skonfigurowany do obsługi pasma odbiornika od 0,1 do 2530 kiloherców (kHz). Łańcuch sygnałowy odbioru (RX) generuje natomiast wartość RSSI odbiornika wykorzystywaną do szerokiej gamy usług, w tym między innymi do optymalizacji mocy, sterowania jakością sygnału i wykrywania bliskości.
Działając równolegle ze ścieżką sygnału odbioru (RX), moduł RFSENSE firmy Silicon Labs monitoruje sygnał wejściowy i wybudza urządzenie, gdy wykryje energię o częstotliwościach radiowych (RF) powyżej określonego progu. Aby zmniejszyć liczbę fałszywych alertów podczas pracy w środowisku elektrycznym o dużej ilości zakłóceń, moduł RFSENSE posiada również tryb selektywny, który generuje sygnał wybudzenia tylko wtedy, gdy wykrywa określony wzorzec energii, a nie jakąś serię przypadkowej energii RF. W tym przypadku wzorzec energii odpowiada preambule kluczowania on-off (OOK) w przesyłanym pakiecie, więc energia wykryta przez moduł RFSENSE ma większe prawdopodobieństwo zasygnalizowania rzeczywistej komunikacji.