№7 / 2013 / статья 6

Связь без проводов: решения от компании TI

Александр Калачев (г. Барнаул), Алексей Пазюк (КОМПЭЛ)

Беспроводные системы и технологии прочно вошли в повседневную жизнь, и дело тут совсем не в моде, хотя она в потребительском сегменте рынка играет не последнюю роль.

Сферы применения беспроводных систем разнообразны:

  • системы сбора данных (телеметрия, мониторинг состояния объектов);
  • промышленная автоматика;
  • системы автоматизации зданий и площадей;
  • идентификация автотранспорта и отслеживание грузов;
  • системы связи и передачи данных;
  • периферийные устройства, терминалы и пульты управления.

Более того, сфера применения беспроводных устройств и систем на их основе постоянно растет — как качественно (появляются новые области), так и количественно (растет число устройств, использующих радиоканал, увеличивается плотность узлов и сетей). Это вынуждает производителей беспроводных микросхем и разработчиков систем и программного обеспечения постоянно искать новые решения проблем взаимодействия узлов и систем, совместимости сетей.

Для работы беспроводных устройств в нелицензируемых диапазонах существует множество стандартов и спецификаций.

Выбор конкретной технологии для решения той или иной задачи может быть обоснован как минимум двумя соображениями:

  • данный тип приложений традиционно использует данный частотный диапазон;
  • разработчик должен взвесить все аспекты работы приложения и уже после этого сделать выбор в пользу того или иного частотного диапазона, протокола и аппаратных средств (рисунок1).

 

Сравнение возможностей различных технологий и стандартов ISM-диапазона

 

Рис. 1. Сравнение возможностей различных технологий и стандартов ISM-диапазона

 

Так, субгигагерцевый диапазон обеспечивает наибольшую дальность связи между узлами, Wi-Fi обладает наибольшей скоростью передачи данных, субгигарерцевые приложения и технология BLE обеспечивают наименьшее потребление энергии, стандарт ZigBee и ряд проприетарных решений позволяют строить самоорганизующиеся сети достаточно сложной топологии.

Texas Instruments является одним из признанных лидеров в области производства низкопотребляющих беспроводных приемопередатчиков и однокристальных беспроводных контроллеров для встраиваемых систем ISM-диапазонов, как для субгигагерцевого диапазона (<1 ГГц), так и для диапазона 2,4 ГГц. Компания предоставляет стандартизированные решения, а также — целый ряд уникальных проприетарных решений (таблица 1) [1].

Таблица 1. Решения компании Texas Instruments для ISM-диапазона   

Частотный диапазон Поддерживаемые протоколы, стандарты Серии
0,0134…13,56 МГц   RFID, NFC, ISO14443A/B, ISO15693   TMS37157, TRF796x, TRF7970  
<1 ГГц   SimpliciTI, 6LoWPAN, WM-Bus   CC1110, CC1190, CC11xL, CC430, CC112X, CC120X, CC1180*  
2,4…5 ГГц   SimpliciTI, PurePath Wireless   CC2500, CC2543/44/45, CC2590/91, CC8520/21, CC2530/31  
ZigBee®, 6LoWPAN, RF4CE   CC2530, CC2530ZNP*, CC2531, CC2533, CC2538, CC2520  
Bluetooth® technology, Bluetooth® low energy, ANT   CC2560/7, CC2540/1, CC2570/1*  
WiFi   WL1271/3, CC3000*  
Системы навигации   GPS   CC4000*  
* — микросхемы семейства SimpleLink, т.н. сетевые процессоры с предустановленными сетевыми протоколами.  

 

Решения Low Power RF

Решения TI для диапазона <1 ГГц основываются на популярной и успешной архитектуре приемопередатчиков серии CC1101 и их дальнейших модификаций [2]. Приемопередатчики CC1101 сочетают в себе компактные размеры, низкое энергопотребление, низкопрофильный корпус. Благодаря уникальной схемотехнике на базе приемопередатчиков данной серии можно строить беспроводные приемопередатчики практически для всего частотного субгигагерцевого диапазона 300…960 МГц. Типичные области применения:

  • системы охранно-пожарной сигнализации;
  • автоматизированные системы контроля и учета энергоресурсов;
  • дистанционное управление.

В 2011 году в рамках развития и совершенствования архитектуры CC1101 TI представила две линейки продуктов — LPRF Perfomance Line и LPRF Value Line.

Линейка LPRF Value Line [2] представлена сериями недорогих устройств, рассчитанных на массовое применение. В нее вошли приемопередатчик СС110L и отдельные микросхемы приемников CC113L и передатчиков CC115L. Это бюджетные микросхемы (цена единицы в крупной партии менее $1), совместимые с приемопередатчиками CC1101.

Целевая аудитория LPRF Perfomance Line [3] — приложения с высокой производительностью, требующие широкого спектра аппаратных возможностей, а также — приложения для работы в условиях зашумленной или плотно занятой частотной полосы. В линейке Perfomance представлены узкополосные (6…50 кГц) многоканальные приемопередатчики CC1120/CC1121/CC1125, высокопроизводительный передатчик CC1175 (рисунок 2).

 

Беспроводные микросхемы Texas Instruments для диапазона <1 ГГц

 

Рис. 2. Беспроводные микросхемы Texas Instruments для диапазона <1 ГГц

 

Особенности линейки LPRF Performance Line

Усилия специалистов Texas Instruments по увеличению производительности воплотились в жизнь в новой линейке LPRF Performance Line. В основу беспроводных приборов линейки LPRF Performance Line легла архитектура приемопередатчиков CC1101.

Линейка беспроводных устройств от Texas Instruments LPRF Performance Line демонстрирует замечательные характеристики, позволяющие ей занять особую нишу на рынке беспроводных низкопотребляющих систем.

Высокая избирательность цифровых фильтров наряду с высокой чувствительностью и плавной регулировкой выходной мощности позволяет устройствам этой линейки уверенно работать в самых трудных радиоусловиях: при высоком уровне канальных помех, плотного размещения узлов. Узкая полоса канала передатчика также способствует успешной совместной работе с другими устройствами, использующими радиоканал.

Новый режим прослушивания канала RF Sniff Mode существенно снижает энергопотребление в режиме приема, особенно на низких скоростях передачи данных, а также в режиме Wake-on-Radio. Более низкий ток потребления означает и большее время работы от автономного источника питания, а следовательно — и меньшие затраты на обслуживание узла.

Расширен список поддерживаемых методов модуляции (2-FSK, 4-FSK, 2-GFSK, 2-GFSK, MSK, OOK, ASK, аналоговая частотная модуляция), что позволяет добиться лучшей совместимости с предшествующими беспроводными системами или выбрать наиболее оптимальный для данных условий метод модуляции.

Микросхемы линейки Value Line также способны работать в любом из диапазонов: 300…348 МГц, 387…464 МГц, и 779…928 МГц. Характеристиками производительности радиотракта они сходны с серией CC1101. Линейка Value Line имеет аппаратную поддержку обработки пакетов (детектирование синхрослова, автоматический подсчет контрольной суммы), буферизации данных (FIFO-буферы по 64 байта на прием и передачу), непрерывной передачи больших объемов данных. Наилучшие показатели чувствительности -116 дБм при скорости передачи данных 0,6 кбит/с. Скорость передачи данных варьируется в пределах 0,6…600 кбит/с.

Поддерживаются частотная (2-FSK, 4-FSK, GFSK) и амплитудная (OOK) модуляции сигнала. Время выхода из режима низкого энергопотребления (ток потребления ~200 нА) в режим приема или передачи порядка 240 мкс. Отсутствие режима пробуждения по наличию радиосигнала (Wake-on-Radio — WOR) и блока коррекции ошибок (Forwarding Error Correction — FEC) несколько снижает функциональность устройств линейки Value Line, но зато положительно сказывается на их цене.

Некоторые сравнительные характеристики микросхем серий СС1101, Value Line и Performance Line представлены в таблице 2.

Таблица 2. Сравнительные характеристики приборов линеек Value Line, Performance Line и серии СС1101   

Параметр Наименование
CC1101 CC110L СС1020 CC1121 CC1120 СС1125 СС1175
Чувствительность, дБм   -116   -116   -118   -120   -123   -124   —  
Подавление соседнего канала (±100 кГц), дБм   37   35   41   48   52   >60   —  
Максимальная выходная мощность, дБм   12   10…12   5…10   14…16   14…16   14…16   14…16  
Частотные диапазоны, МГц   300…348, 387…464, 779…928, (470…510, 950…960 —
СС1100Е)  
300…348, 387..464, 779..928   402…480, 804…960   164…192, 410…480, 820…960   164…192, 410…480, 820…960   164…192, 410…480, 820…960, (136…170, 205…240, 273…320 —
образцы)  
164…192, 410…480, 820…960  
Минимальная ширина канала, кГц   50   50   12,5   50   12,5   6,25   —  
Максимальная ширина канала, кГц   800   800   200   250   250   250   —  
Максимальная скорость передачи, кбит/сек   600   600   153,6   200   200   200   200  
Режимы модуляции   2-FSK, 4-FSK, GFSK, MSK, OOK, ASK   2-FSK, 4-FSK, GFSK, OOK   FSK, OOK, GFSK, 4-FSK   2-FSK, 4-FSK, 2-GFSK, 2-GFSK, MSK, OOK, ASK, FM   2-FSK, 4-FSK, 2-GFSK, 2-GFSK, MSK, OOK, ASK, FM   FSK, OOK, GFSK, 4-FSK, 4-GFSK   FSK, OOK, GFSK, 4-FSK, 4-GFSK  
Режимы работы приемника   Обычный, Wake-on-Radio   Обычный   Обычный   Обычный, Wake-on-Radio, Sniff Mode   Обычный, Wake-on-Radio, Sniff Mode   Обычный, Wake-on-Radio, Sniff Mode   —  
Фазовый шум 10/100/1000 кГц, дБн/Гц   -90/-92/-107   -90/-92/-107   -90/-110/-114   -109/-111/-130   -109/-111/-130   —   -109/-111/-130  

 

Решения для WM-BUS

Стандарт Wireless M-Bus (EN13757-4 2005 и 2012) регламентирует беспроводной обмен в системах сбора данных, счетчиках воды, газа, электроэнергии. Особенно широко распространен в Европе в приложениях интеллектуального учета потребления ресурсов (Advanced Metering Infrastructure (AMI)). Изначально предназначался для диапазона 868 МГц, обеспечивающего оптимальное сочетание размеров антенны и дальности связи. Позже был расширен на частотные диапазоны 169 и 433 МГц, обеспечивающие более высокие показатели по дальности, чем диапазон 868 МГц.

Для данного стандарта компанией TI предлагаются беспроводные микросхемы линеек Value Line и Performance Line, а также система-на-кристалле CC430, интегрирующая в себе ядро контроллера MSP430 и приемопередатчик CC1101 [4].

Разработчикам доступны также исходные коды для режимов S-, T- стандарта WM-Bus для отладочных средств EXP430FG4618, CC1101EM-868, TRXEB + CC1120EM-868MHz.

Также компания TI предоставляет OMS-совместимый стек протоколов WM-Bus, поддерживающий различные аппаратные платформы:

  • связку контроллеров серии MSP430 с одним из приемопередатчиков серий CC110x, CC112x и CC120x;
  • систему-на-кристалле CC430.

 

Texas Instruments для сетей ZigBee

Texas Instruments является давним и активным членом альянса ZigBee и играет ощутимую роль в формировании и развитии стандартов альянса.

Компанией предлагается широкий спектр аппаратных и программных решений для создания беспроводных систем, использующих протоколы стандартов ZigBee частотных диапазонов <1 ГГц и 2,4 ГГц [5]:

  • однокристальные системы;
  • стеки протоколов;
  • сетевые процессоры.

Для организации сложных сетей ZigBee компания TI предлагает стек протоколов Z-StackTM, совместимый со стандартами ZigBee (ZigBee и ZigBee PRO).

Z-StackTM поддерживает профили ZigBee — Smart Energy, Light Link, Home Automation.

 

Основные возможности:

  • полная поддержка стандарта ZigBee PRO;
  • возможность обновления прошивки узлов сети по радиоканалу;
  • набор API, уменьшающих время разработки приложения (дополнительно предоставляются примеры программ).

 

Однокристальные системы для сетей ZigBee

Однокристальные беспроводные контроллеры производства компании TI (таблица 3) основываются на микроконтроллерных ядрах MSP430 и 8051, приемопередатчиках СС1101 для субгигагерцевого диапазона и СС2500 для диапазона 2,4 ГГц [5].

Таблица 3. Некоторые сравнительные характеристики беспроводных СнК производства Texas Instruments   

Параметр Наименование
CC430 CC111x CC2510/CC2511 CC2530/CC2531/CC2533 СС2538
Тип процессорного ядра   MSP430, 16 бит   8051, 8 бит   8051, 8 бит   8051, 8 бит   ARM Cortex-M3, 32 бита  
Максимальные рабочие частоты контроллера, МГц   25   26   26   32   32  
Объем встроенной памяти, байт ОЗУ/флеш   2K-4K/8K-32K   1K-4K/8K-32K   1K-4K/8K-16K   8K/32K-256K   32K/128K-512K  
Напряжение питания, В   2…3,6   2…3,6   2…3,6/4,8   2…3,6/6,5   2…3,6/13  
Тип корпуса   VQFN48, VQFN64   QFN36   QFN36   QFN40   QFN56  
Чувствительность приемника, дБм   -117/-111   -112   -103   -97   -97  
Выходная мощность передатчика, дБм   <13   -30…+10   -30…+1   -27,5…+4,5   -24…+7  
Максимальные скорости передачи данных, кбит/с   500   500   500   250   250  
Поддерживаемые виды модуляции сигнала   2-FSK, GFSK, MSK, OOK, ASK   2-FSK, GFSK, MSK, OOK, ASK   DSSS   DSSS   DSSS  
Потребляемый ток: Передача/прием, мА (режимы пониженного потребления, мкА)   17…36/15 (1)   17…36/16 (0,3…1)   16…23/17,1 (0,4…1)   29/24 (0,4…1)   24/23 (0,5…1,3)  
Частотные диапазоны, МГц   300…348, 387…464, 779…928   300…348, 387…464, 779…928   2400   2400   2400  

 

TI для Smart Energy — система-на-кристалле (СнК) CC2538

Новинкой в семействе СС25xx является CC2538 [6] — радиочастотная система-на-кристалле стандарта 802.15.4g с поддержкой профиля ZigBee Smart Energy 2.0. Профиль ZigBee Smart Energy стандартизует функции устройств, предназначенных для мониторинга, управления и автоматизации доставки, распределения и потребления энергии и воды.

Планируется, что однокристальное решение CC2538 избавит от необходимости использовать дополнительный микропроцессор, упростит и удешевит разработку приложений Smart Grid и удаленных беспроводных сенсоров для интеллектуальных приборов учета.

СнК СС2538 интегрирует трансивер стандарта 802.15.4g, процессор ARM Cortex-M3, специализированный модуль аппаратного ускорения функций безопасности профиля ZigBee Smart Energy 2.0 и достаточный объем встроенной памяти для запуска стека протокола ZigBee IP и профиля Smart Energy 2.0.

CC2538 (рисунок 3) поддерживает стек ZigBee протокола Z-Stack, который обеспечивает полную функциональность Smart Energy 1.1.

 

Система-на-кристалле стандарта 802.15.4g с поддержкой профиля ZigBee Smart Energy 2.0 CC2538

 

Рис. 3. Система-на-кристалле стандарта 802.15.4g с поддержкой профиля ZigBee Smart Energy 2.0 CC2538

Профиль Smart Energy 2.0 (рисунок 4) разработан с целью взаимодействия с несколькими устройствами физического уровня (PHY) и создает основу для разработки SE 2.0-продуктов, которые смогут одновременно поддерживать сети ZigBee, Wi-Fi или коммуникации посредством силовых линий (PLC — Power Line Communication), включая ZigBee процессор (CC253x) и решения WiLink 6.0 (WL127x). Профиль позволит пользователям использовать ZigBee или Wi-Fi для подключения к существующим или новым инфраструктурам, или же использовать Wi-Fi в качестве моста для подключения по ZigBee к сети Интернет.

 

Структура стека протоколов профиля ZigBee SmartEnergy 2.0

 

Рис. 4. Структура стека протоколов профиля ZigBee SmartEnergy 2.0

 

Управление светом производства
компании TI — система для ZigBee Light Link

Texas Instruments является одним из инициаторов и разработчиков нового ZigBee-стандарта — профиля Light Link, регламентирующего взаимодействие устройств управления освещением, осветительных приборов между собой, а также их взаимодействие с сетями ZigBee (в частности, с профилями Home Automation и Building Automation). Предполагается, что устройства на базе стандарта Light Link будут так же просты в использовании, как и обычные домашние регуляторы освещения. Энергосберегающие лампы, светодиодные светильники, датчики, таймеры и пульты управления, выполненные с использованием ZigBee Light Link, будут подключаться в единую сеть без применения каких-либо специальных координирующих устройств, что позволит потребителям легко дополнять свои сети освещения новыми приборами.

Основные функции устройств освещения в сетях ZigBee Light Link — установка требуемого уровня освещенности или яркости, корректировка цвета, переключение эффектов или сцен (предварительно заданных конфигураций уровней освещенности и цвета).

Поскольку Light Link ориентирован прежде всего на полупроводниковые светильники (светодиодные), то основными низкоуровневыми функциями регулировки режима работы светильника будут включение/выключение, а также ШИМ-регулирование одного или более каналов. С этим справится, например, беспроводной контроллер с необходимым набором периферийных устройств. Для диапазона 2,4 ГГц, регламентированного в стандарте, такими контроллерами могут быть СнК серий CC2530/31 — в данных контроллерах доступно до четырех ШИМ-каналов с разрешением 16 бит [7]. Кроме того, верхний предел рабочих температур данных серий составляет 125°С, что позволяет применять их в одном корпусе со светодиодным источником света и светодиодным драйвером.

 

6LoWPAN

Архитектура сетей 6LoWPAN несколько отличается от традиционных архитектур IP-сетей (наличие специализированного коммутационного оборудования, маршрутизаторов, медиа-конверторов), и от сложившихся архитектур беспроводных сетей сбора данных. Ближе всего к ней находится архитектура Wi-Fi-сетей, хотя и от нее есть ряд отличий.

Прежде всего, сети 6LoWPAN являются подсетями IPv6-сетей, т.е. они могут взаимодействовать с другими сетями и узлами IP-сети, но не являются транзитными для их сетевого трафика.

Выделяют три типа сетей 6LoWPAN: ad-hoc, простая 6LoWPAN-сеть, расширенная 6LoWPAN-сеть.

Взаимодействие между узлами сети 6LoWPAN, а также взаимодействие с внешними узлами осуществляется как и в обычной IP-сети. Каждый узел имеет свой уникальный IPv6-адрес и может принимать и передавать пакеты IPv6. Упрощенная, в сравнении со стеками TCP/IP и ZigBee, структура стека протоколов 6LoWPAN представлена на рисунке 5. Обычно узлы имеют поддержку протокола ICMPv6 и UDP. Прикладные протоколы чаще всего используют бинарный формат данных при работе по UDP-протоколу в сетях 6LoWPAN. В отличие от TCP/IP-стека, в 6LoWPAN нет поддержки протокола транспортного уровня TCP. Из-за больших накладных расходов на формирование пакетов и из-за особенностей работы протокола, которые существенно затрудняют его применение в сенсорных беспроводных сетях, подтверждение пакетов, установление/разрыв соединения требуют частой работы приемопередатчика узла, и, как следствие, происходит повышенное потребление энергии.

 

Сравнительная структура стеков TCP/IP, 6LoWAPN, ZigBee

 

Рис. 5. Сравнительная структура стеков TCP/IP, 6LoWAPN, ZigBee

Так же, как и сети ZigBee, сети 6LoWPAN являются самоорганизующимися. Для этого используется стандартная техника сетей IPv6. На основе установленных параметров стека автоматически устанавливается оптимальная топология связей между узлами в сети.

Решения компании Texas Instruments для 6LoWPAN основываются на собственных аппаратных решениях и программном обеспечении компании-партнера Sensinode Ltd — одного из лидеров в области программных продуктов для 6LoWPAN [8]. Одним из таких решений является сетевой процессор СС1180.

Сетевой процессор CC1180 является системой-на-кристалле CC1110F32, поставляющейся с прошитым стеком протоколов NanoStack 2.0 Lite. 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 называемым 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 радио (при условии, что у узла достаточно памяти для временного хранения образа);
  • большой выбор возможных диапазонов частот- 315/433/868/915МГц;
  • выходная мощность радиосигнала -30…+10дБм;
  • скорости передачи данных 50, 100, 150, 200кбит/с;
  • AES-шифрование в пределах подсети;
  • диапазон напряжений питания 2…3,6В;
  • компактные размеры- корпус QFN36 6×6мм.

 

Bluetooth Low Energy — BLE

Технология Bluetooth Low Energy (BLE) — Bluetooth 4.0 является технологией беспроводной связи для ближних коммуникаций, разработанной группой Bluetooth Special Interest Group (SIG). В отличие от предыдущих стандартов — Bluetooth 2.0, Bluetooth 2.1 + EDR, Bluetooth 3.0, — стандарт BLE изначально ориентирован на применение в системах сбора данных, мониторинга с автономным питанием. В отличие от технологий сенсорных сетей, таких как ZigBee, 6LoWPAN или Z-Wave, ориентированных на разветвленные распределенные сети с многочисленными передачами данных между узлами сети, Bluetooth Low Energy ориентирован на топологии типа «точка-точка» и «звезда». Основными областями применения BLE являются устройства обеспечения безопасности, управления электроприборами и отображения показаний, датчики с батарейным питанием, домашние медицинские приборы, спортивные тренажеры.

Несмотря на то, что некоторые функции BLE заимствованы у классического Bluetooth, они не совместимы между собой, т.е. устройство, поддерживающее только BLE (однорежимное устройство single-mode device), не сможет взаимодействовать с устройством, поддерживающим только Bluetooth 2.x/3.0. Для осуществления взаимодействия между ними хотя бы одно из устройств должно поддерживать оба стека протоколов (двухрежимное устройство dual-mode device).

Компания Texas Instruments предлагает микросхемы одно- (CC254x) и двухрежимных (CC2564, WLink 128x) устройств, поддерживающих стандарт BLE, а также стандарт BlueTooth (CC2560). Кроме того, TI предоставляет сам стек протоколов BLE/Bluetooth:

  • соответствие спецификации Bluetooth 4.0;
  • режим хост-устройства, контроллера;
  • поддержка специализированных профилей устройств;
  • небольшой объем кода;
  • высокая энергоэффективность.

CC2540 [9] представляет собой высокоинтегрированную систему на кристалле для приложений Bluetooth low energy, требует небольшого числа внешних дополнительных компонентов. СнК может работать в режимах подчиненного устройства и мастера, включает в себя популярное процессорное ядро 8051, 8 кбайт ОЗУ, периферийные устройства и беспроводной приемопередатчик диапазона 2,4 ГГц. Благодаря наличию режимов пониженного энергопотребления и малому времени перехода меду ними, СС2540 подходит для устройств с батарейным питанием.

СС2541 аналогична СС2540, и даже повыводно совместима с ней при соблюдении определенных условий. Так, в СС2541 отсутствует USB-интерфейс — он заменен на интерфейс I2C. СС2541 обладает меньшей выходной мощностью передатчика по сравнению с СС2540, но благодаря этому обладает меньшим энергопотреблением.

 

Коммуникационные решения

Множество приложений требуют достаточно больших объемов или скоростей передаваемых данных. Одними из типовых решений в данном случае являются решения на основе стандартов Bluetooth или WiFi.

 

TI’s Bluetooth

Серия устройств CC256x [10] является законченным решением с поддержкой стандартов BR/EDR/LE HCI, которое позволяет существенно сократить затраты на разработку и внедрение систем на их основе. CC256x основывается на седьмом поколении протоколов Bluetooth от TI, полностью поддерживает стандарт Bluetooth 4.0 (протоколы BR/EDR/LE).

При работе в паре с хост-контроллером CC256x предоставляют одни из лучших показателей производительности в таких приложениях, как:

  • аксессуары для мобильных телефонов;
  • аксессуары для занятий фитнесом или спортом;
  • аудиоприложения;
  • устройства управления;
  • игровые устройства.

Сочетая в себе достаточную выходную мощность и высокую чувствительность приемника, CC256x представляет собой перспективное решение для сетей BLE. Это касается и стека протоколов, предоставляемого TI — он подходит как для устройств на базе MSP430, так и на базе контроллеров с ядром ARM® M4.

 

Ключевые особенности:

  • выходная мощность передатчика до +9,5дБм;
  • чувствительность приемника до- 92дБм;
  • поддержка технологий Bluetooth, ANT;
  • типовой ток потребления ~140…150мкА;
  • подстройка выходной мощности в процессе обмена.

 

Wi-Fi

Не обойден вниманием компании TI популярный стандарт высокоростного обмена данными и организации беспроводных сетей 802.11, чаще называемый Wi-Fi.

На данный момент компанией TI предлагается беспроводной модуль, входящий в группу устройств TI «Simple Link» — СС3000, позволяющий при минимальных затратах осуществить подключение устройства к Wi-Fi-сети.

CC3000 [11] является сетевым процессором, предназначенным для подключения устройств к TCP/IP-сети через Wi-Fi. Аналогично 6LoWPAN-процессору CC1180, СС3000 берет на себя выполнение стека сетевых протоколов. Подключение к хост-процессору осуществляется посредством SPI-интерфейса (рисунок 6).

 

Структура Wi-Fi-модуля CC3000

 

Рис. 6. Структура Wi-Fi-модуля CC3000

 

Основные возможности:

  • поддерживает стандарты IEEE 802.11 b/g;
  • встроенный стек протоколов TCP/IP (IPv4);
  • выходная мощность+18дБм (при 11 Мбит/с, CCK-модуляция);
  • чувствительность приемника -88дБм (8% PER, 11Мбит/с, CCK-модуляция);
  • встроенная система управления питанием и тактированием;
  • рабочий диапазон температур -20…70°C.

Для разработчика доступны справочные руководства, справочник API-функций, примеры приложений и схем включения.

 

Питание радиочастотных микросхем

Так как в большинстве радиочастотные микросхемы используются совместно с батарейным питанием, такие параметры как малый ток потребления и возможность реализации минимального потребления в ждущем режиме являются ключевыми. Помимо требований к самим радиочастотным микросхемам, эти же требования предъявляются к питанию микросхем.

В линейке DC/DC-преобразователей Texas Instruments для реализации подобных решений (TPS61/62/63xxx) существует широкий перечень необходимых приборов. Данная линейка объединяет в себе набор преобразователей для любого применения: TPS61xxx — повышающий преобразователь; TPS62xxx — понижающий преобразователь (таблица 4); TPS63xxx — повышающе-понижающий преобразователь. Отличительной возможностью данных микросхем является малый ток собственного потребления и малый ток в режиме ожидания.

Таблица 4. Понижающие преобразователи TPS62xxx   

Серия Выходной ток
300…500 мА 600 мА 1…1,2 A 1,6…2 A 3 A 4 A
1-е поколение
(L = 4,7…10 мкГн)
(L = 4,7…10 мкГн)  
TPS62200, TPS62220   TPS62000, TPS62020   TPS62040        
2-е поколение
(L = 1,0…2,2 мкГн)
(L = 1,0…2,2 мкГн)  
TPS62240, TPS62270   TPS62260   TPS62290   TPS62060, TPS62065      
DCS-ControlTM
(L=1,0…2,2 мкГн; Cout до 100 мкФ)
(L=1,0…2,2 мкГн; Cout до 100 мкФ)  
TPS62230     TPS62080     TPS62090    
Value Line     TPS62560   TPS62590, TLV62080   TLV62065   TLV62090   TLV62095  

Для применений, требующих использования аккумуляторов, Texas Instruments также предлагает широкий выбор решений для заряда и контроля уровня заряда (BQ24xxx/27xxx).

Понижающие преобразователи данной серии имеют малый собственный ток потребления, позволяют получить малую площадь преобразователя на плате менее 12 мм2 (TPS62230) и высокий КПД — 95% (TPS62290).

Отдельно стоит отметить популярный преобразователь TPS62730, который широко используется совместно с радиочастотными микросхемами Texas Instruments. TPS62730 позволяет увеличить время работы от батарейки на 20…35%, что достигается за счет примененных в микросхеме режимов bypass, выключения и синхронного преобразования с DCS-схемой управления (риcунок 7).

 

Ток потребления с использованием TPS62730

 

Рис. 7. Ток потребления с использованием TPS62730

В режиме низкого потребления в преобразователе TPS62730 используется функция bypass, при которой выход устройства VOUT подключается непосредственно к VIN через внутренний ключ. В данном режиме понижающий преобразователь выключен и потребляет менее 30 нА. Как только устройство переходит из режима с низким потреблением в режим понижающего преобразователя, все внутренние схемы активируются за 50 мкс. На протяжении всего времени включения внутренний ключ обеспечивает подсоединение VOUT к VIN. Как только все переходные процессы закончены и готовы к работе, внутренний ключ выключается, и питание обеспечивается через выходной конденсатор и прочие развязывающие конденсаторы. Преобразователь запускается сразу же, как только напряжение на VOUT уменьшится до номинального значения. Пример использования TPS62730 дан на рисунках 8, 9.

 

Пример использования TPS62730 совместно с CC430

 

Рис. 8. Пример использования TPS62730 совместно с CC430

 

 

Пример использования TPS62730 для реализации BLE

 

 

Рис. 9. Пример использования TPS62730 для реализации BLE

 

 

Заключение

Компанией Texas Instruments предлагается несколько линеек продуктов с низким энергопотреблением для беспроводных систем со всем необходимым программным и аппаратным обеспечением. Фактически, это избавляет разработчиков от необходимости применения специализированных протоколов для снижения энергопотребления — эта часть проблемы решается на уровне компонентов. Беспроводные решения TI позволяют реализовать любую стратегию развития продукта, выбранную разработчиком, и охватывают практически весь спектр приложений во всем ISM-диапазоне

Одна из ключевых особенностей политики компании — всесторонняя поддержка разработчика: документация, свободные средства настройки и тестирования, сообщества разработчиков.

 

Литература

1. Overview — Wireless Connectivity — TI.com// http://focus.ti.com/wireless/docs/wirelessoverview.tsp?familyId=2003&sectionId=646&tabId=2735&DCMP=embeddedrf&HQS=wireless-intsearch  

2. Sub-1 & 2.4GHz RF Value Line Low-cost device family based on low-power RF technology// http://www.ti.com/ww/en/analog/sub_1_GHz_low_power_rf_ic/index.shtml?DCMP=rfvalueline&HQS=Other+OT+rfvalueline  

3. Sub-1 GHz Performance Line — TI.com// http://www.ti.com/ww/en/analog/sub_1_GHz_performance_line_rf_ic/index.shtml  

4. Wireless M-Bus protocol software — WMBUS// http://www.ti.com/tool/wmbus  

5. ZigBee Solutions — TI.com// http://www.ti.com/lsds/ti/analog/zigbee.page  

6. Mesh and IP Networks — ZigBee IEEE 802.15.4 — CC2538 — TI.com

7. CC2530ZDK-ZLL — CC2530 ZigBee Light Link Development Kit// https://estore.ti.com/CC2530ZDK-ZLL-CC2530-ZigBee-Light-Link-Development-Kit-P4539.aspx  

8. Mesh and IP Networks — 6LoWPAN — CC1180 — TI.com// http://www.ti.com/product/cc1180  

9. Personal Area Networks — Bluetooth Low Energy Technology — CC2540 — TI.com// http://www.ti.com/product/cc2540  

10. Personal Area Networks — Bluetooth technology — CC2560 — TI.com// http://www.ti.com/product/cc2560  

11. Mesh and IP Networks — Wi-Fi (IEEE 802.11 WLAN) — CC3000 — TI.com// http://www.ti.com/product/cc3000.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: wireless.vesti@compel.ru

 

Наши информационные каналы

Теги: , , , ,
Рубрики:

О компании Texas Instruments

В середине 2001 г. компании Texas Instruments и КОМПЭЛ заключили официальное дистрибьюторское соглашение, которое явилось результатом длительной и успешной работы КОМПЭЛ в качестве официального дистрибьютора фирмы Burr-Brown. (Как известно, Burr-Brown вошла в состав TI так же, как и компании Unitrode, Power Trend и Klixon). С этого времени компания КОМПЭЛ получила доступ к поставке всей номенклатуры производимых компанией TI компонентов, технологий и отладочных средств, а также ...читать далее