Беспроводные однокристальные микроконтроллеры

Silicon Laboratories

Silicon Laboratories располагает одним из наиболее обширных ассортиментов однокристальных беспроводных систем субгигагерцового диапазона. Предлагаются серии Si4010, Si100x, Si101x [67]. Все они в качестве управляющего содержат ядро контроллера х51-й архитектуры.

Схема включения Si4010 из внешних компонентов предполагает наличие только развязывающего конденсатора, антенны, средств взаимодействия с пользователем (например, кнопки).

Внутренний генератор, основанный на генераторе Si500 не требующем внешних резонаторов и времязадающих цепей, обеспечивает точность в ±150 ppm в коммерческом диапазоне температур и ±250 ppm в промышленном, что является достаточным для большинства областей применения. Трансивер с управляемым усилителем (выходная мощность до +10дБм) способен работать в диапазоне частот от 27 до 960 МГц.

Микроконтроллер Si4010 (Рис. 5.6) содержит 512 байт внутренней памяти данных, 4 Кбайта оперативной памяти, 8 Кбайт однократно программируемого ПЗУ, 128 бит EEPROM, 12Кбайтная библиотека ПЗУ-функций и аппаратный ускоритель шифрования (AES-128).

Контроллеры беспроводных систем серий Si100x, Si101x (Рис. 5.7) располагают 32 или 64 Кбайтами флеш-памяти, выходная мощность трансиверов до +13/+20 дБм. Серии Si1004/Si1005, Si1014/Si1015 содержат встроенный повышающий импульсный преобразователь (DC/DC, эффективность до 90%), позволяющий более полно использовать ресурсы автономного источника питания. Встроенный преобразователь имеет выходную мощность до 250 мВт, что позволяет питать не только микроконтроллер, но и другие внешние компоненты.

увеличить изображение
Рис. 5.6. Структурная схема СнК серии Si4010

увеличить изображение
Рис. 5.7. Структурно-функциональная схема беспроводных контроллеров серий Si100x, Si101x

Однокристальные решения серии Si102x/3x совмещают в себе функции энергосбережения микроконтроллеров F96x и приемопередатчик субгигагерцового диапазона EZRadioPRO, ориентированные на применения во встраиваемых системах с батарейным питанием.

В микросхемы интегрирован низкопотребляющий счетчик импульсов, способный работать в спящем режиме без использования ресурсов процессорного ядра. Данное решение эффективно для снижения энергопотребления в устройствах автоматического снятия показания со счетчиков расхода энергоресурсов (электроэнергии, воды, тепла, газа), имеющих импульсный выход.

Основные характеристики трансиверов:

• программируемая мощность выходного сигнала до +20 дБм;
• чувствительность приемника: - 121 дБм;
• скорость передачи данных: 0,1 - 256 кбит/c;
• модуляция: FSK, ООК, GFSK;
• поддержка скачкообразной перестройки частоты;
• модуль ФАПЧ;
• поддержка работы с пространственно-разнесенными антеннами (antenna diversity);
• буферы FIFO на прием и передачу (по 64 байта);
• встроенный процессор аппаратной обработки пакетов (DPPE), включающий в себя блоки AES, DMA, CRC.

Texas Instruments

СС430 является комбинацией низкопоребляющего микроконтроллера MSP430 и радиочастотного трансивера CC1101 [68]. Семейство приборов CC430 состоит из нескольких компонентов с различным набором периферийных устройств, предназначенных для создания широкого спектра электронных приборов. Архитектура поддерживает пять режимов работы, что позволяет достигнуть превосходных энергетических показателей для портативных устройств с батарейным питанием. Вычислительное ядро системы - 16-битный RISC микроконтроллер MSP430, содержащий 16-битные регистры и генераторы значений констант, позволяющие реализовать максимальную эффективность программного кода.

Приборы семейства CC430 (Рис. 5.8) отличаются глубокой интеграцией микроконтроллерного ядра, его периферийных устройств и радиочастотного трансивера, что, совместно с поставляемыми производителем драйверами и библиотеками, делает из него весьма простое в использовании решение для создания многофункциональных устройств.

Основные характеристики:

• интегрированный трансивер серии CC1101;
• потребление тока 1,7 мкА - в "спящем" режиме с работающим генератором тактовой частоты, и порядка 180 мкА/МГц - в активном режиме;
• аппаратный модуль шифрования AES-128;
• совместимость кода с приборами большого семейства контроллеров MSP430 и наличие бесплатного программного обеспечения для радиочастотной части системы;
• интегрированный 16-канальный 12-битный АЦП.

Семейство беспроводных контроллеров CC1110Fx (CC1110F8/F16/F32) состоит из трёх приборов, предназначенных для создания маломощных низковольтных беспроводных систем связи в диапазонах 315/433/868/915 МГц. Устройства являются комбинацией радиочастотного трансивера, микроконтроллера с ядром х51, блока флэш-памяти (8/16/32 Кбайт) и набора периферийных устройств.

• высокопроизводительное микроконтроллерное ядро класса 8015, с восьмикратной производительностью по сравнению с классическими контроллерами 8015;
• скорость передачи данных - от 1.2 до 500 Кбит/с ;
• потребление тока в "спящем" режиме -200 нА;
• аппаратная поддержка функций "самосинхронизации", проверки адреса, подстраиваемой длины пакета и контроля CRC;
• независимые 64-битные буферы для данных приёмника и передатчика для поддержки пакетной передачи данных;
• удовлетворяет требованиям стандартов EN 300 200 (Европа) и FCC CFR part 15 (США);
• позволяет создавать конечный продукт быстро и без высоких затрат;
• гибкая оптимизация мощности излучения;
• позволяет использовать недорогой микроконтроллер для основных задач приложения;
• функция гибкого подбора канала для обеспечения совместной работы с другими беспроводными системами;
• компактные размеры.

Семейство CC1111 (CC1111F8/F16/F32) представляют собой однокристальные системы с интегрированным контроллером USB для создания маломощных низковольтных беспроводных систем связи в диапазонах 315/433/868/915 МГц.

Приборы являются комбинацией радиочастотного трансивера, микроконтроллера с ядром х51, контроллера USB 2.0, блока флэш-памяти (8/16/32 Кбайт), 4 Кбайт памяти RAM, блока аппаратного шифрования AES с ключом длиной 128 бит, и ряда других устройств:

• контроллер Full-Speed USB (12 Мб/с) 2.0 с 1 кБ буфером данных FIFO;
• радиочастотный трансивер CC1101, со скоростью передачи данных от 1,2 до 500 кбит/с и с поддержкой модуляций FSK, MSK, GFSK, OOK/ASK;
• потребление тока в "спящем" режиме -0,3 мкА;
• 8/16/32 Кбайт встроенной флэш-памяти;
• 1/2/4 Кбайт памяти SRAM с возможностью доступа в любом режиме работы;
• высокая чувствительность и помехоустойчивость приёмника;
• аппаратная поддержка шифрования AES-128;
• 8-канальный АЦП (8 - 14-битный).

Рис. 5.8. Структурная схема приборов семейства CC430F*

Сетевой процессор CC1180 является системой-на-кристалле CC1110F32 поставляющейся с прошитым стеком протоколов NanoStack 2.0 Lite компании Sensinode для сетей 6LoWPAN. CC1180 выполняет все критически важные и ресурсоемкие процессы связанные с работой сетевых протоколов, экономя ресурсы внешнего микроконтроллера для решения прикладных задач. Взаимодействие с внешним контроллером (часто называемого прикладным контроллером или контроллером приложений) осуществляется по интерфейсу UART с протоколом обмена NAP. Например, возможно использование микроконтроллеров серии MSP430 или любых других. Сетевой процессор позволяет легко расширить функциональность создаваемой или существующей системы за счет подключения к 6LoWPAN сети.

Ключевые особенности:

• простая интеграция в сеть 6LoWPAN;
• распространенный UART интерфейс;
• простой и функциональный протокол взаимодействия;
• обновление прошивки через радиоканал;
• большой выбор возможных диапазонов частот - 315/433/868/915 МГц;
• выходная мощность радиосигнала от -30 до +10 дБм;
• скорости передачи данных: 50, 100, 150, 200 Кбит/с;
• AES шифрование в пределах подсети;
• диапазон напряжений питания от 2 до 3.6 В;
• компактные размеры - корпус QFN36 - 6x6 мм.

Некоторая статистика

Сводные характеристики процессорных ядер систем-на-кристалле диапазона менее 1 ГГц представлены в Табл. 5.1, основные характеристики радиочастотного тракта и энергопотребления в Табл. 5.2.

На Рис. 5.9 показано примерное время выхода на рынок наиболее заметных серий и беспроводных систем-на-кристалле.

увеличить изображение
Рис. 5.9. Временная диаграмма выхода на рынок беспроводных систем-на-кристалле для диапазона < 1ГГц

Диаграмма на Рис. 5.10 дает приблизительную оценку доступности (возможности заказа) беспроводных контроллеров субгигагерцового диапазона в России (отображено количество фирм-поставщиков, предлагающих указанные контроллеры со склада или на заказ по данным сервиса efind.ru).

Безусловно, остается возможность заказа интересующих контроллеров у ближайших официальных дистрибьюторов, расположенных за пределами страны.

увеличить изображение
Рис. 5.10. Оценка доступности (возможности заказа) беспроводных контроллеров субгигагерцового диапазона в России