2,4GHz transceiver EM9201 a mikrokontrolér EM6819

V tomto úvodním článku přinášíme popis dvou obvodů vyvinutých v pražské firmě ASICentrum, návrhovém středisku společnosti EM Microelectronic. V příštím čísle se pak seznámíme se zajímavou aplikací bezdrátového přenosu, vyvinutou ve spolupráci s Laboratoří pro vývoj a realizaci elektrotechnické fakulty ČVUT (LVR), která využívá vlastností právě těchto dvou obvodů.

Obr. 1 Typické schéma zapojení obvodu EM9201

EM9201 (Fully Integrated 2,4GHz Transceiver)

Obvod EM9201 je plně integrovaný 2,4 GHz transceiver pracující s nízkým napájecím napětím již od 0,8 V dodávaným z baterie. EM9201 umožňuje proprietární bezdrátový přenos v ISM pásmu 2 400 až 2 485 GHz. Má rádiové jádro s low-IF architekturou a GFSK modulací vyhovující standardu Bluetooth low energy. Ovládání propojovací vrstvy (link layer) je možné přes SPI rozhraní využívající externí hostitelský řadič. V obvodu je rovněž zahrnuto FPGA přemostění, které s pomocí externího FPGA umožňuje emulaci libovolného protokolu přes dedikovaný interface obvodu EM9201.

EM9201 může být napájený jedinou 1,5 V baterií, použijeme-li DC/DC konvertor. Tento měnič je navržený tak, aby podporoval zátěž, jako například nízkonapěťový mikrokontrolér (host) nebo obvod se senzorovým rozhraním s přiděleným aplikačním profilem. Obvod může rovněž fungovat bez DC/DC měniče, pokud jej napájíme z 3 V baterie nebo jiného zdroje, jako například LDO regulátoru. Není pak třeba žádná externí cívka.

Součástka je k dispozici jako zapouzdřený obvod v pouzdru MLF24 nebo holý čip, a to ve dvou verzích. První verze (s DC/DC konvertorem) je napájena 1,5 V baterií. Druhá verze (bez DC/DC konvertoru) může být napájena libovolným napětím v rozmezí 1,9 V až 3,6 V.

Obvod EM9201 pracuje s komunikační rychlostí 1Mb/s.

Obvod EM9201 lze použít pro:

• bezdrátovou komunikaci obecně
• bezdrátové myši, klávesnice, atd.
• senzory v hodinkách, sportovní vybavení (sport testery)
• alarmy a bezpečnostní systémy
• snímání pohybu a bezdrátové měření teploty (viz článek v příštím čísle)

EM6819 (Ultra Low Power 8 bit Flash Microcontroler)

Obvod EM6819 byl navržený především jako obvod s prodlouženou dobou provozu při napájení z baterie. Rozsah použitelných napětí je v rozmezí od 0,9 V do 3,6 V a není zapotřebí dalších externích součástí. Funkce hlídající pokles napětí a jeho kontrolu zajišťují spolehlivé fungování i při napětí blízko dolní mezní hodnoty, což samozřejmě přináší i větší spolehlivost ve složitějších funkčních módech. To vše činí obvod EM6819 ideálně použitelným pro mnoho současných náročných aplikací.

Každý ze 24 vstupně-výstupních vývodů je libovolně programovatelný. Mikrokontrolér má duální krystalový a RC oscilátor nastavitelný až do 15 MHz. Obvod má 8bitovou architekturu s jádrem Cool-RISC speciálně navrženou pro velmi nízkou spotřebu energie. S 2 hodinovými takty na instrukci je EM6819 schopen provádět až 7,5 MIPS při 15 MHz a dosahuje tak obdivuhodných 4 000 MIPS/watt.

Obr. 2 Obvod EM9201 v pouzdře MLF24 4x4

Obr. 3 Napájení EM6819 s DC/DC konvertorem

V obvodu EM6819 jsou integrovány i další užitečné funkce, jako například teplotní senzor, 10bitový, 8kanálový A/D převodník, 3terminálový operační zesilovač/komparátor, DC/DC konvertor používající pouze externí cívku a kapacitor (s aktivovaným DC/DC konvertorem funguje až do 0,6 V při zátěžovém proudu 10 mA) a mnohé další.

EM6819 napájený 1 knoflíkovou baterií (1,5 V) je schopen pomocí integrovaného DC/DC konvertoru napájet další komponenty vyžadující 3V napájení a je schopen dodat proud až 40 mA (viz obr. 3).

Obvod EM6819 nabízí i běžnou flash paměť pro data (do 12 kB) a programový kód (do 6 kinstr.) s uživatelsky definovatelným rozložením paměti mezi těmito dvěma částmi. Snadný update softwaru je zajištěn vestavěnou funkcí automatického zápisu. Myšleno je i na plnou ochranu proti kopírování instrukčního kódu.

Softwarové nástroje fungují v prostředí Windows a obsahují služby pro ISP programování, ladění, C-compiler nebo programátory od různých výrobců. Zajištěna je i programová podpora expertního týmu.

Obr. 4 Architektura obvodu EM6819

Obvod je dostupný v pouzdrech SO8, TSSOP16/20/28 a QFN20/32 s 8 až 32 vývody.

Obvod EM6819 najde uplatnění zejména v přenosných a baterií napájených platformách a v různých spotřebitelských a průmyslových aplikacích:

• s periodicky se opakujícími akcemi (kouřové detektory, sportovní a medicínské monitory, hodiny řízené rádiem, inteligentní senzory, záznamníky dat, měřiče topných nákladů, spotřeby vody a elektřiny)
• s akcemi na vyžádání (inteligentní terminály, čtečky karet, měřicí přístroje, multimetry, váhy, řízení a monitorování chodu motoru, LCD drivery pro plastové karty)
• s akcemi provozovanými jen zřídka – tam, kde je důležitá nízká standby spotřeba (platební terminály, domácí spotřebiče, holicí strojky)

Oba obvody jsou volně prodejné, prototypové vzorky jsou k dispozici.

(Článek byl napsán s využitím materiálů poskytnutých firmami EM Microelectronic a ASICentrum spol. s r. o.)