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    TI第四代低功耗藍牙MCU上線,高性價比催生更廣泛應用

    2022-07-01
    作者:王潔
    來源:電子技術應用

    低功耗藍牙在未來的互聯世界中將發揮重要作用。藍牙技術聯盟(SIG)在今年4月份發布的報告《2022藍牙市場最新資訊》中顯示,藍牙技術采用量不斷成長,預計未來5年藍牙出貨量將增長50%,到2026年達到70億臺。藍牙市場的蓬勃發展反映出在藍牙技術聯盟會員公司的協力推進下,持續開拓創新,創造一個更互聯的世界。


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    藍牙出貨量增長預測(圖源:TI公司)

    作為SIG的首批成員企業,德州儀器(TI)在低功耗藍牙領域已經有二十年的歷史,近日在其連接產品組合中推出了全新的無線微控制器 (MCU)系列新品CC2340,可實現高品質、低功耗的藍牙連接功能,而價格只需競爭器件的一半。

    兼顧出色的射頻、功耗表現與低成本

    早在2010年,TI便推出了第一代藍牙低功耗產品——CC254X系列,這也是業內首批低功耗藍牙SoC,產品至今仍然被廣泛使用,累計出貨量超過5億片;2015年推出第二代產品——CC2640X系列,相比第一代有兩大技術更新(一是SoC內部CPU內核從8051內核更新過渡到了Arm內核,二是成為市場上首批藍牙5標準的SoC產品);2019年推出的第三代產品26x1、2、4則是在內存、封裝、模塊上進行擴展,同時可以支持精確的室內定位和個人設備定位,網絡上也開始支持網狀網絡和多協議運行。

    CC2340是其第四代產品,有兩大突出優勢:第一是更高質量的射頻性能和更好的低功耗性能,第二,高性價比,TI官網起售價格低至0.79美元??梢暂p松支持BLE、BLE5.0或兼容BLE4.2所有低功耗藍牙的應用,加速客戶的產品創新和上市時間。

    德州儀器(TI) 網絡連接部門副總裁兼總經理Marian Kost表示低功耗的秘訣源于TI的積累和經驗:“TI在射頻設計和制造方面有二十多年的經驗,在全新一代CC2340產品上,我們把整個射頻的部分重新優化設計,將原來一直放在外面的Balum集成到芯片里,提供了非常高的集成度。這些優化設計讓我們在提升射頻性能的前提下,同時能夠降低射頻電路的接收和發送的功耗。同時,我們可以通過這個優化設計額外提供非常好的射頻連接的穩定性,在各種復雜和惡劣的工作環境下,我們的產品都可以提供穩定的高可靠的無線互聯?!?/p>

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      CC2340R2、CC2340R5主要特性(圖源:TI公司)

    德州儀器(TI) 中國區嵌入式與數字光處理應用技術總監師英介紹了TI率先推出的兩個型號:CC2340R2、CC2340R5,最大的區別在內存,前者是256KB 閃存,后者是512KB閃存。新產品有一個Cortex M0 Arm內核,最快可以跑到48MHz,可以做到運行期間的功耗低至55 uA/MHz,待機狀態的電流僅有大約0.83 uA;還有一個2.4 GHz 射頻收發器,可以支持BLE和802.15.4,集成內部天線適配Balun,內部自身天線發射功率達8dBm,還可以與TI其他單獨的功放器件無縫連接,擴展到更大的發射功率。

    外設方面,新產品內部帶有DC/DC,可以直接連接電池,具有1.71V~3.8V的寬工作電壓;工作溫度范圍是-40~125℃;內存最大有512KB的閃存和36KB SRAM;整合真隨機數發生器,可以實現AES-128加解密。

    常見應用場景

    借助更大的內存、更長的電池壽命、更寬的溫度范圍,工程師可以以實惠的價格實現更多日常連接應用,如樓宇自動化、零售終端、醫療、個人護理、游戲和遙控器等應用。

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    適用于各類產品(圖源:TI公司)

    醫療應用如人體血糖儀,使用CC2340可使得貼在身上的貼片式血糖監測裝置與手機APP實時連接,將一天的血糖數據實時上傳到健康軟件里。CC2340可以完成系統的核心功能,外面可以配合TPS6108升壓轉換器來為系統提供更穩定的供電,可以用最新的自然光傳感器OPT3006作為喚醒開關,再配合為了電池側血糖血氧應用所設計的傳感器的模擬前端AFE產品,可以做到體積非常小巧,功耗超低,單獨依靠一個鈕扣電池就可以運行兩周以上,而且可以通過手機APP實時同步和更新管理數據。

    智能家居應用中,CC2340 器件系列可以適應集線器類型如恒溫器或集線器,終端設備如傳感器和執行器。集線器可以連接到單獨的 MCU 或 MPU,傳感器類產品可以是獨立的無線 SoC,能夠同時實現低功耗藍牙和固件更新。隨著智能家居領域的不斷擴大,越來越多的用例可以體驗到該器件的高性價比和功能。預計到2027年全球智能家居市場將會達到3000億美元以上,給各種創新和高效的設計帶來巨大的機遇。

    個人護理應用如電動牙刷,除了LED顯示的之外,TI通過DRV8850馬達震動芯片配合加速度傳感器,用來檢測牙刷本身的震動和姿態,以及刷毛在牙齒上的壓力,再加上電源管理芯片,核心還是CC2340R5。CC2340R5使得個人護理產品變得更加智能,一方面更新很多不同的刷動模式,另一方面可以把個人護理習慣數據收集起來上傳到手機上,進而實現很多定制化操作。由于CC2340的睡眠功耗極低,芯片不到1 uA的待機電流可以讓整個設備一次充電后使用很長的時間;而且體積超小,可以方便地塞到牙刷的本體之中。

    師英認為,CC2340可以適配到無數種需要藍牙低功耗連接的智能電子設備中。

    降低開發者的門檻

    為簡化部署,TI全球的E2E工程師支持論壇和中國本地的FAE團隊都會提供支持。TI自有的、成熟的低功耗藍牙堆棧,以及工具和第三方網絡等也將為設計項目中的每個步驟都提供工具和支持。

    Marian Kost指出,TI的SDK在產品設計之初就同步去做,而且TI的所有SDK都是在TI內部由自己的軟件團隊來和芯片同步開發的。TI每個季度都會更新SDK版本來解決以往的問題,或是提升它的易用性與功能??蛻舻姆答伜托枨笠捕紩惑w現在每個季度的軟件版本的更新中。因此,TI的SDK能讓成千上萬的用戶擁有不錯的用戶體驗感受,而且真正能夠幫到他們快速完成產品的開發,加速上市時間。

    師英指出,CC2340以及其他CC系列的產品都是統一的SDK,可以向前、向后兼容不同的芯片產品。同時,在這個SDK里集成了非常強大、靈活、可裁剪的功能,能夠讓開發者在同樣的使用習慣和操作界面下完成不同產品的開發,這也是很重要的一點。此外,TI的SDK都是完全開放和完全免費的。

    TI投入了六家新晶圓廠將為今后 10-15 年的增長提供支持。TI的強大支持除了來源于外部制造布局,還包括所投資的300mm 晶圓廠在內的不斷擴大的TI制造布局。這六家廠包括位于德克薩斯州理查森的新RFAB2(規模比 RFAB1 大 30% 以上,2022 年下半年開始投產)、收購的位于猶他州李海的 LFAB(這是第 4 家 300mm 晶圓廠,2023 年初開始投產),還有TI計劃在德克薩斯州謝爾曼建造的第 5 ~ 8 家 300mm 晶圓廠(4倍于 RFAB2 的規模,晶圓廠 1 將于 2025 年開始投產)。隨著市場需求的擴大,CC2340 無線 MCU 將由這些工廠來提供支持。

    目前已經可以在TI網站上申請CC2340樣品和開發板,CC2340正式量產時間在2023年上半年。TI此次低功耗藍牙MCU有助于其在持續增長的藍牙設備市場中進一步搶占市場份額,保持長期競爭優勢。




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