本帖最后由 STM新闻官 于 2023-10-25 11:02 编辑
意法半导体最近推出了BlueNRG-LPS的WLCSP36版本，从而将SoC缩小到尺寸为2.65 mm x 2.59 mm的封装。这也拓展了我们一年多前发布QFN32版本时创建的产品组合，为工程师提供了更多的封装选项。工程师可以从相同的无线电和MCU (Cortex-M0+) 中受益，这意味着他们可以根据其存储器需求（BlueNRG-LP的256 KB Flash和64 KB RAM，与BlueNRG-LPS的192 KB Flash和24 KB RAM）和应用目的选择基于BlueNRG的产品。
实际上，BlueNRG-LP和BlueNRG-LPS是首款支持多达128个并发连接的BLE SoC。这两款产品均支持远距离2 Mbps传输、广播扩展、+8 dBm输出功率，以及意法半导体蓝牙芯片上有史以来最宽广的动态范围，在这里仅举几例。BlueNRG-LPS具有使用到达角度 (AoA) 或出发角度 (AoD) 方法来确定蓝牙信号的方向的能力，从而从众多竞品中脱颖而出。两者都使用天线阵列和几何图形来实现更精确的位置跟踪。对于BlueNRG-LP，它支持两个I2C和两个SPI接口，这有助于应对更具挑战性的数据处理需求。对于BlueNRG-LPS ,它仅支持一个I2C和一个SPI 接口。
目录
❖ 了解新的工业和技术挑战 ❖ BlueNRG-LP和BlueNRG-LPS：更强大的功能、更高的安全性和更高的能效 高速 远距离 链路预算 抵御黑客 更高的计算吞吐量和更低的功耗
❖ BlueNRG-LP和BlueNRG-LPS：更具成本效益的设计 ❖ BlueNRG-LP和BlueNRG-LPS：入门指南
了解新的工业和技术挑战 当选择蓝牙SoC时，除了相关的功能外，工程师们还会研究行业的最新趋势。工业应用必须将更多的传感器节点连接到网关。蓝牙SoC也必须提供更强的处理能力，同时降低物料清单成本和功耗。要应对这些挑战，需要在无线电和微控制器级别进行优化。仅仅一次连接最多128个设备无法满足需求。工程师会提出两个关键问题：“这些连接的质量如何？”以及“我能用它们来做什么？”答案在于BlueNRG-LP和BlueNRG-LPS如何提供更高的性能、更出色的安全性、更高的效率和更低的成本。BlueNRG-LP和BlueNRG-LPS：更强大的功能、更高的安全性和更高的能效
▲ BlueNRG Navigator GUI高速
开发工业应用的团队必须处理影响距离和数据速率的重要限制条件。例如，一个连接到智能工厂中多个板件的网关必须覆盖尽可能远的距离，并且支持固件更新所需的可靠数据速率。意法半导体的SoC可同时满足上述两项要求。通过提供LE 2M PHY，BlueNRG-LP和BlueNRG-LPS可实现高达2 Mbps的数据速率。相比之下，以前的BlueNRG SoC中的LE 1M PHY只能达到1 Mbps。更快的传输部分归功于数据长度扩展带来的更大有效载荷，另一部分则归功于蓝牙5.0固有的带宽增加。 远距离
另外，BlueNRG-LP和BlueNRG-LPS也提供了更大的覆盖范围。遗憾的是，许多工程师忽视了这种远距离功能，因为他们低估了它的潜能。意法半导体的SoC提供LE编码PHY，能够显著增大相互传输的距离，而无需额外的功率放大器。根据意法半导体的实际测试，使用现有的开发板和应用，当发射器和接收器之间没有障碍物时，距离可以达到1.3公里（0.8英里）。
距离增加的原因是LE编码PHY使用了前向纠错，这项技术会在每个数据包中添加额外的位。不过，由此产生的数据冗余会导致带宽降低到125 kbps。另一个有助于避免干扰的功能是通道选择算法#2 (CSA #2)。虽然CSA #1只能在37个通道之间跳跃，但CSA #2有65,535个通道可供选择。这种广泛的选择有助于避免碰撞和衰落效应。无论附近是否存在很多设备，或者它们之间的距离是否很远，CSA #2都会提高网络的可靠性。此外，由于这两款器件能够更好地处理在覆盖远距离时不可避免地干扰信号的背景噪声，因此更远距离的实现得到了进一步保证。
链路预算
开发蓝牙应用的工程师总是会进行链路预算分析，这是一种帮助他们预测整体性能的设计辅助工具。简单来说，它可确保设计人员预见特定的问题，例如信号强度不足以致无法到达接收器。在大多数教材中，链路预算分析使用以下公式： 接收功率 (dB) = 发射功率 (dB) + 增益 (dB) - 损耗 (dB)。
然而，工程师们现在使用的数据手册几乎总是给出发射功率 (TX) 和接收器的灵敏度等级 (RX)。因此，对于大多数实际项目，可根据以下公式定义其链路预算： | 链路预算(dB) | = 发射功率 (dBm) - 灵敏度等级 (dBm)[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]。 对于BlueNRG-LP和BlueNRG-LPS，其发射功率能够达到+8 dBm（可按1 dBm的步长编程），125 kbps时的接收灵敏度为-104 dBm，1 Mbps时的接收灵敏度为-97 dBm。因此，意法半导体SoC的链路预算为112 dB和105 dB，链路预算达到了业内领先水平。这样一来，与具有较低链路预算的器件相比，工程师可在相同功耗下预期实现更出色的性能。 抵御黑客
▲ 参考应用构建
安全性是工程师在设计系统时关注的另一个关键方面。消费者对隐私和数据保护问题更为敏感。因此，团队必须实现能够保护用户的功能。BlueNRG-LP和BlueNRG-LPS提供的解决方案能够应对上述关键工程挑战。方案之一是安全启动程序，其作用是在启动固件之前检查固件签名。这种措施可以抵御黑客程序或低级攻击。要保护Flash，开发者还可以禁用SWD和UART访问。同样，1 KB的一次性可编程存储器可保证其完整性。因此，从理论上说，黑客即使能够访问器件，也无法克隆或修改其内容。
更高的计算吞吐量和更低的功耗
▲ BlueNRG-LP
开发者必须找到提高性能和精度以及改善用户体验的方法。为解决这项挑战，工程师们经常转向具有更高计算吞吐量的器件。不过，许多蓝牙终端产品必须实现低功耗来维持电池使用寿命。因此，工程师应该找到一种方法来调和这些看似矛盾的要求。
凭借以64 MHz运行的Cortex-M0+，BlueNRG-LP和BlueNRG-LPS解决了这项挑战。此外，意法半导体还免费提供通过Bluetooth-SIG认证的Mesh协议栈 (STSW-BNRGLP-Mesh)。这样便可轻松覆盖超大范围并达到最多126个跃点或32,000个节点。但是，尽管如此，这些SoC仍然可以实现4.3 mA的极低功耗（发射端在0 dBm下的峰值电流）。同样，这些器件接收端的峰值电流仅有3.4 mA（灵敏度等级），并且在深度停留模式下仅消耗0.64 µA的电流，同时保留RAM全部内容。BlueNRG-LP和BlueNRG-LPS：更具成本效益的设计
降低物料清单成本有些工程师非常看重整体成本。因此，SoC必须提供独特的优势来降低物料清单成本。意法半导体的元件通过整合一个12位模数转换器（或带抽取滤波器的16位模数转换器）和八个输入通道来解决这一问题。与以前的SoC相比，精度的提高意味着它们现在可以拥有可编程增益放大器。PGA可将音频信号从0 dB放大到30 dB，从而允许使用模拟麦克风。与数字麦克风相比，模拟麦克风更具成本效益，确保降低物料清单成本。
实现更具成本效益的系统的另一种途径是减少外部器件的使用。因此，我们设计了BlueNRG-LP和BlueNRG-LPS以嵌入更多元件并简化PCB。例如，这些SoC现在具有六个负载电容。这样一来，设计人员便可以使用高速晶振，而无需在PCB上焊接外部电容，或者在某些情况下完全弃用32 kHz晶振，因为内置低速内部 (LSI) 振荡器的精度足以用作时钟源。
此外，意法半导体器件还集成了RF巴伦，这意味着工程师不再需要专用的巴伦。这些元件也只有一个RF单端输出引脚，可进一步简化布局。为了简化开发工作，我们还提供了配套的滤波器，例如MLPF-NRG-01D3。工程师不再需要担心匹配阻抗，可充分利用蓝牙SoC，从而极大加快了原型设计速度。最后，BlueNRG-LP和BlueNRG-LPS的SMPS拥有更高的时钟速率。因此，设计人员可以使用更小且更具成本效益的电感。广泛的价格结构
在工程师寻找蓝牙SoC并向审批人员证明他们的选择时，低单价至关重要。意法半导体提供各种存储器配置来应对这项挑战，并确保这两款蓝牙SoC经济实惠。由于蓝牙协议栈通常会占用80 KB到100 KB的空间，这样开发者的应用就有100 KB到150 KB的可用存储空间，这通常已经足够。如果设计需要更多的存储空间、更强大的计算能力或者专门的外设，他们将自然倾向于BlueNRG-2N和专用的主机MCU。
我们通过提供四种类型的封装进一步优化了我们的价格结构。QFN32和WLCSP36有20个GPIO，而QFN48和WLCSP49分别有32个和26个GPIO。简单来说，需要较小Flash和RAM或较少引脚的团队不需要支付更多费用。同样，我们提供可以工作温度高达85ºC的型号，以及工作温度可以达到105ºC的相同型号。工业设计将愿意使用后者，而其他用户会选择前者并节省费用。BlueNRG-LP和BlueNRG-LPS：入门指南
STEVAL-IDB011V1、STEVAL-IDB012V1和STEVAL-IDB013V1评估板
▲ STEVAL-IDB011V1
工艺工程团队选择蓝牙SoC的过程通常十分复杂。许多因素可能影响决策，从成本到过去的经验、性能以及易用性。因此，为了帮助团队更快地评估BlueNRG-LP和BlueNRG-LPS，我们会经常发布软件和开发工具的更新。例如，程序员可以将STEVAL-IDB011V1 BlueNRG-LP或STEVAL-IDB012V1和STEVAL-IDB013V1 BlueNRG-LPS评估板与BlueNRG Navigator GUI结合使用来加快开发速度。软件可以上传示例应用程序，从而帮助管理者了解我们的SoC能提供哪些功能。
BlueNRG开发套件和BlueNRG GUI
BlueNRG开发套件提供了一个导航器，它是一种使开发者能够快速访问演示应用及其源文件的图形用户界面。例如，它包括一个信标程序示例、一个远程控制示例、一个传感器配置文件演示以及各种安全功能实现。开发者甚至可以试用为BlueNRG-LP和BlueNRG-LPS量身定制的安全自举程序GUI。一旦工程师准备迁移其应用，BlueNRG GUI就会帮助他们配置其蓝牙LE SoC。此工具可直观展示命令包表和寄存器值等内容，从而有助于简化开发工作。
意法半导体还提供了BlueNRG电流消耗估算工具。这款实用程序支持以图形方式展示我们蓝牙SoC的低功耗能力，可帮助工程师和决策者将实际功耗测量结果可视化。例如，软件显示平均估计值、电池寿命和数据速率。因此，可以轻松查看各种应用案例如何影响整体功耗。此外，开发者也可以轻松地从BlueNRG-LP切换到BlueNRG-LPS，反之亦然，因为两款产品均采用Cortex-M0+，并且共享兼容的外设驱动程序和蓝牙协议栈。 ▲ 左侧是BlueNRG电流消耗估算工具。右侧是一个展示意法半导体工具精度的实际功耗波形图。
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