Eine leistungsstarke MCU für Bluetooth, die singt und den Weg zum Meister findet

  Seit der Einführung von BluetoothLE in den Bluetooth-Standard ist es alarmierend gewachsen. Seine schnellen und sensiblen Fähigkeiten machen die Defizite des klassischen Bluetooth wett und sind bei Herstellern sehr beliebt. Nach Angaben der Bluetooth Alliance werden bis 2022 mehr als ein Drittel aller Bluetooth-Chip-Sendungen auf Bluetooth-Single-Mode-Chips mit niedrigem Stromverbrauch entfallen.

Dialog Semiconductor hat auch sehr früh in diesen Markt investiert. Laut Mark de Clercq, Direktor des Geschäftsbereichs Low Power Connectivity von Dialog, haben die SoC-Sendungen für Bluetooth-Low-Power-SoC 250 Millionen Einheiten erreicht und sind auf dem Weltmarkt implementiert worden. Zweiter Platz.

Mark de Clercq, Direktor, Business Unit Low Power Connectivity, Dialog Semiconductor

Die breite Produktpalette ist die Garantie für die hohen Lieferungen von Dialog. Es gibt kleine Frontend-Produkte mit niedrigem Stromverbrauch für einfache Anwendungen und eine stärker integrierte Produktlinie für High-End-Produkte. Am meisten erwartet von Dialog jedoch die kürzlich eingeführte Serie DA1469x, die als "einzigartiges" Produkt bekannt ist.

Funk-MCU gelernt

Der DA1469x ist der weltweit erste in Serie gefertigte, auf ARM Cortex-M33 basierende, drahtlose MCU. Es verfügt über eine Software-konfigurierbare Protokoll-Engine und unterstützt den neuesten Bluetooth 5.1-Standard, während eine fortschrittliche integrierte Energieverwaltungseinheit integriert wird. Es verfügt außerdem über eine einzigartige Kombination aus analogen und digitalen Peripheriegeräten.

Um die drei Hauptfunktionen der IoT-Zielanwendung zu adressieren: Erfassen, Verarbeiten und Kommunizieren, ist sie mit drei Prozessoren konfiguriert, von denen jeder seine jeweiligen Funktionen auf optimale Weise ausführen kann.

Die Kernverarbeitungseinheit wählt den ARM Cortex-M33-Anwendungsprozessor aus, das neueste Produkt der ARM Cortex-M-Familie, einschließlich Fließkommaeinheiten, Speicherschutzeinheiten und DSP-Erweiterungsmaschinen. Um das Potenzial des M33 voll auszuschöpfen, ist der Speicher skalierbar und die Benutzer können frei wählen.

Viele Entwickler sind besorgt über die Codesicherheit. Der DA1469x ist mit einem ausführbaren QSPI-Flash-Speicher ausgestattet, der es Kunden ermöglicht, Code sicher auszuführen.

Diese MCU "hat einen Trick", man kann sagen, dass sie verschiedene Funktionen integriert, die derzeit denkbar sind: Es gibt einen eingebauten Display-Controller, um eine reichhaltige Benutzeroberfläche, einen eingebauten weißen LED-Treiber für die Hintergrundbeleuchtung zu realisieren einen internen Touch-Controller. Es gibt auch eine vollständig autonome Schrittmotorsteuerung. Darüber hinaus unterstützt es zwei Kanäle für die Audioeingabe und -ausgabe, integrierte ERM- und LRA-Treiber, um dem Benutzer eine taktile Rückmeldung zu geben.

Am vorderen Ende der analogen Schnittstelle befinden sich zwei ADCs: einer mit hoher Datenrate und etwas geringerer Genauigkeit. eine mit hoher Genauigkeit, jedoch mit etwas geringerer Abtastrate.

Um die Leistung zu optimieren und so viele Schnittstellen zu steuern, ist ein zweiter Core-Micro-DSP erforderlich. Es ist softwareprogrammierbar, vollständig autonom, und der Client kann die Schnittstelle über eine digitale serielle Schnittstelle steuern, ohne dass andere Funktionen auf dem Chip aktiv sein müssen.

Der letzte Kern ist das Logo des Chips, der für den drahtlosen Verbindungsteil verantwortlich ist, der ARM Cortex-M0 +. Es verfügt über eine durch Software programmierbare Protokoll-Engine, die auch den neuesten Bluetooth-5.1-Standard sowie das proprietäre 2,4-GHz-Protokoll unterstützt. Das Radio-Frontend hat eine maximale Ausgangsleistung von + 6dBm und eine Empfangsempfindlichkeit von -97dBm. Die verfügbare Leistung ersetzt die Abdeckung. Das HF-Design kann durch die Integration aller Komponenten des externen Frontends erreicht werden, einschließlich eines integrierten Baluns, eines 50-Ohm-HF-E / A-Pins und einer einzelnen PCB-Layout-Antenne.

Der Dialog begann mit der Entwicklung von Power-Management-Chips. Daher ist diese MCU auch ein starker Punkt im Power-Management. Die native Chip-Unterstützung umfasst wiederaufladbare Batterien wie Lithium-Polymer-Batterien, Lithium-Ionen-Batterien, Knopfbatterien usw. Das gesamte interne Power-Management erfolgt auf dem Chip. Bei einigen komplexen Systemen kann der DA1469x auch externe Geräte über DC / DC versorgen. Es hat vor allem sieben unabhängige Stromdomänen, die nach Bedarf vom Kunden mit Strom versorgt werden können. Wenn beispielsweise Bluetooth verwendet wird, wird nur die Bluetooth-bezogene Stromdomäne mit Strom versorgt. Der Chip wird auch Leistung entsprechend der Funktion zuweisen.

Es gibt zwei großartige Tricks

Das traditionelle Bluetooth-Feld ist die Audioübertragung, diese Fähigkeit kann jedoch auch beraubt werden, und der DA1469x kann auch Hi-Fi-Audio übertragen.

Dialog entwickelte eine Demo für ein echtes kabelloses Stereo-TWS-Audiosystem mit Bluetooth-Low-Energy-Technologie. Mit DA1469x können Benutzer Hi-Fi-Musik in klarer Klangqualität empfangen. Mark de Clercq nennt dies ein echtes Stereo. "Wir haben einen Sender, der Audioströme über zwei Kanäle überträgt, einen für das linke und einen für das rechte Ohr. Der linke und der rechte Kanal kommunizieren nicht miteinander. Dies ist analog zum klassischen Bluetooth. Dies ist ein großer Unterschied. In dieser Demonstration werden zwei separate Kanäle zum Übertragen des Audiostroms verwendet, der auf einen Zeitunterschied von 1 ms synchronisiert werden kann, um ein echtes Stereoerlebnis zu gewährleisten. "

Er sagte jedoch auch, dass sich die Übertragung von Hi-Fi-Audio über BLE noch in einer Proof-of-Concept-Phase befinde und dass weiterhin Protokollverbesserungen erforderlich seien, während der Chip auch den Stromverbrauch reduzieren muss, um die Lebensdauer der Batterie zu verlängern. Das Potenzial zur Übertragung von Hi-Fi-Audio über BLE ist jedoch gut dokumentiert.

Ein weiterer Trick ist die Positionierungsfunktion, die ebenfalls eine neue Ergänzung des neuen Bluetooth 5.1-Standards ist: Anwenden des Ankunftswinkels (AoA) und des Ausgangswinkels (AoD) für die Referenzfahrt. Anwendungen wie Innenpositionierung, Artikelverfolgung, Zugangskontrolle, schlüssellose Entriegelung usw. werden alle von dieser Funktion des neuen 5.1-Standards profitieren.

Mark de Clercq erklärt, wie der Ankunftswinkel (AoA) funktioniert. "Wir nehmen an, dass ein Sender ein serielles Signal sendet. Der Empfänger verfügt über mehrere Antennen, von denen jede ein Signal empfängt. Zwei verschiedene Antennen, die Signale empfangen. Wenn eine Phasendifferenz vorliegt, analysieren Sie die Phasendifferenz, um den Strahlwinkel zu bestimmen Richtung des Empfängers relativ zum Sender. "

Der Schlüssel zu dieser Anwendung ist das Design der Antenne. Dialog bietet eine sehr klare Anwendungsnotiz und ein Antennenreferenzdesign, mit dem der Kunde diese Designs nachahmen und sicherstellen kann, dass die entworfene Leistung optimal ist.

Evangelium des Entwicklers

Entwickler haben häufig Kopfschmerzen bei der Entwicklung von Bluetooth-Produkten, da die Entwicklung weitaus schwieriger ist als die Vorstellungskraft.

Dialog bietet ein komplettes Software-Entwicklungskit zur Lösung der Probleme des Benutzers. Es gibt drei Haupt-Toolkits: Der erste ist die vorkonfigurierte integrierte Eclipse-Entwicklungsumgebung und das SDK, gefolgt von einem Entwicklungskit SmartSnippets Studio und schließlich dem Connection Manager für Debugging, Protokollanalyse und Testen.

Es wird berichtet, dass der Bluetooth-Protokollstack von SmartSnippets ein relativ ausgereifter Protokollstapel ist, und Kunden haben mit diesem Tool eine Vielzahl von Produkten entwickelt. Dieser Stack unterstützt die neuesten Bluetooth-Standardspezifikationen sowie eine Reihe weiterer Funktionen, mit denen Kunden die Anwendungsentwicklung verbessern können.

Mark de Clercq fügte hinzu: "Der Dialog Bluetooth-Protokollstack ist in ein sehr umfangreiches Software-Entwicklungskit integriert, das Ingenieuren alle Werkzeuge zur Verfügung stellt, um Anwendungen zu entwickeln, ohne dass Ingenieure sich zu sehr mit der Software beschäftigen müssen. Neben Systemen, LLDs, und Middleware gibt es eine Reihe von APIs auf Anwendungsebene, mit denen Ingenieure diese Funktionen nutzen können, ohne jedes Teil einzeln steuern zu müssen. Dialog bietet auch eine Reihe von Softwarebeispielen, mit denen Ingenieure die Anwendungsentwicklung beschleunigen können. "

"In Verbindung mit Softwaretools bietet Dialog außerdem ein komplettes Hardware-Entwicklungskit an, mit dem Kunden ihre eigene Software auf der Hardware entwickeln können. Das Hardware-Entwicklungskit enthält ein Motherboard, das viele wichtige Funktionen und Funktionen integriert, sowie ein Tochterboard und ein Tochterboard dort ist der DA1469x für dieses Produkt ", sagte Mark de Clercq.

Die Erwartung von Dialog für dieses Produkt ist, "den Kunden die Möglichkeit zu geben, den nächsten Produktzyklus zu entwickeln", und verwendet daher den neuesten 55-nm-ULP-Prozess. Laut Mark de Clercq wurde die Serie in Serienproduktion hergestellt, Muster und Entwicklungskits sind über globale Vertriebspartner erhältlich und alle Softwaretools sind auf der offiziellen Website verfügbar.