Bluetooth – powszechny standard komunikacji

 

Technologia Bluetooth do bezprzewodowego przesyłania danych jest bardzo popularna i dostępna dla wielu zastosowań. Bluetooth i Bluetooth Low Energy znajdziemy przede wszystkim w komputerach, tabletach, smartfonach, samochodach, głośnikach, a także w inteligentnych urządzeniach, takich jak smartwatch’e czy opaski fitness.

Głównym założeniem technologii jest komunikacja na krótkie odległości przy zachowaniu znacznej energooszczędności. Komunikacja dwukierunkowa odbywa się w trybie half-duplex lub full-duplex.

Bluetooth należy do otwartego standardu komunikacji opisanego w specyfikacji IEEE 802.15.1. Specyfikacja definiuje trzy klasy mocy nadawczej o zasięgu odpowiednio 1 metra, 10 metrów i 100 metrów w otwartej przestrzeni. Standard oparty jest o fale radiowe działające w paśmie częstotliwości ISM 2.4GHz.

Pierwsza wersja standardu została zaprezentowana w 1999r. pod oznaczeniem Bluetooth 1.0. Definiował przepustowość na poziomie zaledwie 21kb/s. Kolejna wersja 2.0 pozwoliła na zwiększenie przepustowości do 2.1Mb/s. Bluetooth 3.0 + High Speed to już prędkości rzędu 24Mb/s. Większość obecnych urządzeń wykorzystuje wersje Low Energy 4.1 i 4.2 – standardy przeznaczone do zastosowania w urządzeniach IoT typu wearables, czyli opaskach i smartwatchach. Ze względu na rosnące wymagania w kontekście wyższego poziomu bezpieczeństwa, energooszczędności, prędkości i łatwości w nawiązywaniu połączeń, obecne nowsze urządzenia korzystają już z Bluetooth LE 5.0, co pozwoliło osiągnąć transfer 2Mb/s dla urządzeń wearables oraz 50Mb/s dla pozostałych przy realnym zasięgu działania do 140 metrów. Bluetooth LE 5.2 rozwija poprzednią wersję o dodatkową funkcję połączeń dwóch urządzeń jednocześnie.

Bluetooth LE w produktach STMicroelectronics

Wyróżniamy dwa rozwiązania – układy w formie gotowego modułu lub oparte o układ scalony SoC (System on Chip).

SoC integruje w sobie technologie Bluetooth LE połączone, w zależności od rozwiązania, z mikrokontrolerem. Użytkownik musi zaprojektować elementy dookólne (tor radiowy, zasilanie i inne), a następnie przeprowadzić certyfikację w celu uzyskania zgodności ze standardem Bluetooth – konieczność uiszczenia odpowiednich opłat certyfikacyjnych.

Rozwiązania typu SoC oparte są o procesor sieciowy lub aplikacyjny.

Procesor sieciowy cechuje się zaprogramowanym stosem radiowym BLE. Dostęp do danych możliwy jest za pomocą interfejsu komunikacyjnego UART lub SPI. Wymagają do pracy zewnętrznego mikrokontrolera, w którym umieszczona będzie aplikacja użytkownika. Takie podejście eliminuje ryzyko związane z wdrożeniem funkcjonalności BLE do istniejącego produktu.

Procesor aplikacji eliminuje potrzebę zewnętrznego sterowania lub towarzyszącego mikrokontrolera w celu uzupełnienia pamięci i/lub urządzeń peryferyjnych. Aplikacja użytkownika i stos radiowy mogą działać na tym samym i jednym produkcie. Umożliwia to projektowanie nowych urządzeń przy niższych kosztach dzięki zmniejszeniu BOM.

Występuje również rozwiązanie pośrednie Data Pump. W tym trybie BlueNRG SoC umożliwia programistom łatwe dodawanie funkcji BLE do istniejącego produktu za pomocą mostu UART-BLE (nadzorowanego przez BlueNRG). Takie podejście minimalizuje również ryzyko integracji i wdrożenia, a także zmniejsza główne przetwarzanie procesora.

Ulotka ST BlueNRG-Mesh Bluetooth Low Energy dla inteligentniejszego domu: STM 1

BlueNRG-2N to wersja procesora sieciowego BlueNRG-2 z certyfikatem BLE 5.2. Stos STMicroelectronics BLE jest przechowywany w wbudowanej nieulotnej pamięci Flash i można go łatwo aktualizować za pomocą SPI/UART, a także za pomocą dedykowanych narzędzi programowych STMicroelectronics. Zakres temperatur pracy został rozszerzony do 105°C.

Kolejne wersje SoC BlueNRG-1 i BlueNRG-2 w standardzie BLE 5.2 zostały już wyposażone w procesor aplikacyjny z rdzeniem Cortex M0 działający z częstotliwością 32MHz i wykorzystujący 24kB pamięci RAM. Różnica między nimi to wielkość pamięci Flash (160kB dla BlueNRG-1, 256kB dla BlueNRG-2). Więcej peryferiów na pokładzie m.in. 2xSPI, 2xI2C oraz dodatkowy wariant obudowy QFN48.

BlueNRG-LP to układ pozwalający na obsługę 128 jednoczesnych połączeń. Jest to pierwszy SoC z trybem dalekiego zasięgu (Long Range), szybkością transmisji danych 2 Mb/s i trybem rozsiewczym (advertisement extension). Układ ten wyróżnia się na tle konkurencji nie tylko wyśmienitymi parametrami radiowymi ale również bogactwem peryferiów i ekstremalnie niskim zużyciem energii. Skupiono się na chipie radiowym i mikrokontrolerze. Zainstalowano mikrokontroler z wydajniejszym rdzeniem Cortex-M0 + 64MHz, wykorzystujący 256kB Flash i 64kB RAM. Zwiększono aspekty bezpieczeństwa: generator liczb losowych TRNG, szyfrowanie AES 128-bit, klucz publiczny PKA, jednostka obliczeniowa CRC i inne.

 

Ulotka ST ST BLUENRG-LP procesor bezprzewodowy przygotowany na przyszłość system Bluetooth LE 5.2 System-on-Chip: STM 2

Seria STM32WB, wieloprotokołowy procesor aplikacyjny, wspiera standard Bluetooth Low Energy 5.2 z 2Mbps i trybem rozsiewczym, a także technologie Zigbee i Thread. Ta seria może obsługiwać więcej niż jeden protokół równolegle w sposób statyczny lub dynamiczny. Na przykład w trybie statycznym aplikacja może przełączać się z wyłącznej obsługi Zigbee na wyłączną obsługę Bluetooth Low Energy , podczas gdy w trybie dynamicznym radio szybko przełącza się między protokołami zarządzającymi współdzieleniem czasu i utrzymywaniem zainstalowanej sieci.

Ulotka ST STM32WB SERIE BEZPRZEWIDIWE Bluetooth LE 5.2 & IEEE 802.15.4: STM 3 

STM32WB zawiera architekturę dwurdzeniową z Cortex M4 działającym z częstotliwością 64 MHz zaprojektowanym do zastosowań użytkownika i Cortex M0+ działającym z częstotliwością 32 MHz dla łączności radiowej i bezpieczeństwa. Takie rozwiązanie 2 w 1 zapewnia zabezpieczenia przed hakowaniem i klonowaniem. Tryby niskiego poboru mocy i peryferia mikrokontrolerów zostały zaczerpnięte z serii MCU STM32L4 do serii STM32WB, co czyni go zoptymalizowanym pod kątem urządzeń zasilanych bateryjnie i łatwym do przenoszenia przez rodzinę STM32 i jej ekosystem STM32Cube, gdy urządzenia przechodzą w tryb bezprzewodowy.

Ta bezprzewodowa seria STM32 oferuje szerokie portfolio w zakresie pamięci wbudowanej: od 256 KB do 1 MB pamięci Flash oraz szeroki zestaw peryferiów, proponowanych w dużych obudowach, pasujących zarówno do produktów high end jak i prostych aplikacji typu point to point.

Produkty STM32WBx5 ma pełny dostęp do funkcji, takich jak wysoki transfer 2Mb/s, moc wyjściowa +6dBm, tryby konkurencyjne, bogate peryferia, jak USB, Quad-SPI, SAI, kontroler LCD, więcej zabezpieczeń na pokładzie – CKS (Customer Key Storage) i szeroki zakres temperatur do 105°C.

STM32WBx5 oferuje różne typy obudowy oraz gotowy do użycia moduł STM32WB5MMG, adresujący czas optymalizacji rynku i uproszczony proces certyfikacji.

Seria STM32WBx0 należy do rodziny Value Line. Proponuje mniej peryferiów, ma uproszczony zestaw testów po produkcji, pojedynczy protokół z mocą transmisji do +4 dBm i jedną dostępną obudowę QFN48. Nadaje się do urządzeń klasy podstawowej wymagających podstawowych funkcji z optymalizacją kosztów.

Ulotka ST STM32WBx0 VALUE LINE Bluetooth LE 5.2 & IEEE 802.15.4: STM 4

Oprócz SoC dostępne są również gotowe moduły Bluetooth LE ze zintegrowaną anteną. Nie ma konieczności przechodzenia przez proces pełnej certyfikacji. Należy jedynie uiścić opłatę za członkostwo stowarzyszenia Bluetooth SiG. Proces jest dużo krótszy i tańszy, ponieważ producent wraz z modułem dostarcza niezbędne dokumenty.

Przykładowe moduły Bluetooth LE:

Rozwiązania modułowe BLE STMicroelectronics dzielimy na trzy zasadnicze rodziny.

BlueNRG-M0 oparte są o układy BlueNRG-MS z procesorem sieciowym. Główne cechy to moc wyjściowa +6dBm, antena w formie chipu oraz układ baluna ze zintegrowanym filtrem na pokładzie. Podrodzina M0A jest bogatszą wersją z wbudowanym dławikiem, która może korzystać z energooszczędnej przetwornicy SMPS, pobierającej mniej energii w trybie aktywnym. Posiada również przylutowany kwarc 32kHz, co pozwala na wejście w tryb low-power. M0L nie posiada dławika i kwarcu oraz pracuje z LDO.

BlueNRG-M2 zbudowano w oparciu o BlueNRG-2N z procesorem aplikacyjnym. Analogicznie podrodzina M2SA jest bogatszą wersją. Główne cechy to moc wyjściowa +5dBm, wbudowany dławik, SMPS, kwarc 32kHz i antena w formie chipu. M2SP występuje z mocą +7dBm, brak dławika, kwarcu, praca z LDO, antena PCB.

Ulotka ST BlueNRG Moduły ułatwiające przyjęcie technologii Bluetooth Low Energy: STM 5 

STM32WB5MMG jest oparty na STM32WB55 SoC w ramach zoptymalizowanego i samowystarczalnego BOM. Zapewnia najlepszą w swojej klasie wydajność RF dzięki dobrej czułości odbiornika i wysokiej mocy wyjściowej sygnału. Funkcje low-power umożliwiają dłuższą pracę bateryjną. STM32WB5MMG nie wymaga specjalistycznej wiedzy o częstotliwościach radiowych i jest najlepszym sposobem na przyspieszenie rozwoju i zmniejszenie związanych z tym kosztów.

Prezentacja o STM32WBxM Modułach Bezprzewodowych jest dostępna tutaj: kliknij 

STM32WBxM Moduły BezprzewodoweS Bluetooth LE 5.2, Zigbee 3.0 i Thread dostępne tutaj: STM 7

 

Główne cechy:

  • 1MB pamięci Flash, 256kB SRAM,
  • BLE 5.2, Zigbee 3.0, OpenThread,
  • dynamiczne i statyczne tryby konkurencyjne,
  • moc wyjściowa +6dBm,
  • zasięg: do 75 metrów,
  • antena w formie chipu,
  • zintegrowana przetwornica SMPS,
  • 2xSPI, 1xQSPI, 1xUSART, 1xLPUART, 2xI2C, 1xADC SAR, 2xComp, 1xUSB, 1xSAI, sterownik wyświetlacza,
  • wbudowane zabezpieczenia takie jak: AES 256-bit, TRNG, PKA, CKS, CRC,
  • certyfikaty: CE, FCC, IC, JRF, SRRC, RoHS, REACH, GOST, KC, NCC,
  • kompatybilne dwie warstwy PCB (przy użyciu tylko zewnętrznych pinów).

Przeczytaj więcej na blogu STMicroelectronics:

NUCLEO-WB15CC: udostępnianie czujników Bluetooth i dotykowych większej liczbie programistów

STM32WB15 i STM32WB10, 320 KB pamięci Flash i 48 KB pamięci RAM, aby sprawić Bluetooth 5.2 opłacajlą aplikacją

Skontaktuj się z nami: zakupy@masters.com.pl