意法半導(dǎo)體物聯(lián)網(wǎng)解決及方案

　　引言：　全世界都在積極建設(shè)智慧城市專案，目標(biāo)是透過提高能效降低環(huán)境負(fù)荷，提升大樓管理及公共基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)營(yíng)與維護(hù)效率，從而減少各種類型的公共服務(wù)。

　　各類型產(chǎn)品特征及整體解決方案

　　據(jù)ST中國(guó)區(qū)模擬產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理孫亞輝介紹，無論是此次慕尼黑電子展的展出重點(diǎn)，還是在ST無線方案的部署上，都可以看出ST非常重視藍(lán)牙解決方案。藍(lán)牙是一個(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)有完整的生態(tài)系統(tǒng)，非常容易被客戶采納。藍(lán)牙設(shè)備每年的出貨量高達(dá)30億，其中不少設(shè)備都采用了ST的藍(lán)牙方案。同時(shí)，作為藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟的重要成員，ST既參與了藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的制定，也更了解這一標(biāo)準(zhǔn)的未來趨勢(shì)，提供的方案也更具前瞻性。

　　孫亞輝展示了可擴(kuò)展至Nucleo的低功耗藍(lán)牙子板X-Nucleo IDB04A1及基于移動(dòng)端APP的溫濕度實(shí)時(shí)測(cè)量演示。

　　圖：X-Nucleo IDB04A1

　　X-NUCLEO-IDB04A1簡(jiǎn)介

　　X-NUCLEO-IDB04A1是一款基于BlueNRG設(shè)計(jì)的藍(lán)牙低功耗擴(kuò)展板，板載BALF-NRG-01D3（超小型巴倫），兼容Arduino UNO R3接口。

　　BlueNRG是一款BLE4.0單模處理器，可做主機(jī)或從機(jī)，整個(gè)BLE協(xié)議棧運(yùn)行在內(nèi)嵌的Cortex M0內(nèi)核上，非常適用于對(duì)功耗有嚴(yán)格要求的應(yīng)用。

　　ST公司同時(shí)也提供了STM32Cube的軟件擴(kuò)展包 X-CUBE-BLE1，降低了開發(fā)門檻，方便用戶在不同MCU系列中進(jìn)行程序移植。

　　特點(diǎn)

　　BlueNRG低功率、低能量藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器

　　BALF-NRG-01D3變壓器和諧波濾波器

　　自由全面發(fā)展為BlueNRG固件庫(kù)和示例，兼容STM32Cube固件

　　藍(lán)牙低能量4.0兼容

　　兼容STM32

　　配備Arduino UNO R3連接器

　　非常低功耗：7.3 mA RX和8.2 mA TX + 0 dBm

　　最大傳輸功率：+ 8 dBm

　　優(yōu)秀的接收機(jī)靈敏度（-88 dBm）

　　X-NUCLEO-IDB04A1是FCC認(rèn)證（FCC ID:S9NIDB04A1）

　　X-NUCLEO-IDB04A1正式認(rèn)證為BTLE 5 mw模塊對(duì)日本電臺(tái)法律“類型”認(rèn)證由日本政府通過無鉛認(rèn)證

　　X-Nucleo IDB04A1原理圖

　　應(yīng)用框圖

　　STBL C01

　　STBLC01藍(lán)牙低能耗控制器整個(gè)了1個(gè)主、從低功耗物理層，1個(gè)鏈路層和1個(gè)主控接口（HCI）。它還整個(gè)了可下載藍(lán)牙協(xié)議堆棧。STBLC01是一個(gè)低功耗的藍(lán)牙（BLE）控制器并且符合藍(lán)牙4.0規(guī)范。它集成了低功率無力層，具有嵌入式安全性引擎鏈路層，主機(jī)控制器接口（HCI），和一個(gè)電源管理.STBLC01從超低功耗的睡眠模式過度到工作模式時(shí)間非常段，只虛需小號(hào)一個(gè)非常低的平均電流，這導(dǎo)致電池壽命更長(zhǎng)。STBLC01并提供將UAR或SPI作為傳輸層的人機(jī)交互通信的幾個(gè)外部微控制器接口的可能性

　　關(guān)鍵特性

　　藍(lán)牙協(xié)議棧STM32L和概要文件單獨(dú)提供

　　操作電源電壓從1.9到3.6 V

　　13馬最大峰值電流允許標(biāo)準(zhǔn)硬幣電池使用

　　低功率物理層

　　鏈路層與嵌入式安全引擎

　　UART和SPI作為人機(jī)交互傳輸層

　　SPI接口允許專有的低功耗模式，進(jìn)一步降低功耗

　　ISM頻率為2.4 GHz

　　1Mbps無線廣播的數(shù)據(jù)率

　　廣泛和低成本26 MHz晶體

　　200Ω微分天線端口的阻抗

　　很少量的外部離散的組件

　　可編程輸出功率從-18 + 3 dBm dBm

　　數(shù)字RSSI

　　電源管理集成線性穩(wěn)壓器

　　電池級(jí)探測(cè)器函數(shù)來控制電池的檢測(cè)水平

　　符合以下射頻規(guī)定：ETSI EN 300 328，300 440，F(xiàn)CC CFR47 15一部分，還有STD-T66QFN 24 5&TImes;5毫米R(shí)oHS包

　　工作溫度范圍從-40°C到85°C

　　智慧城市STM32系列微控制器

　　STM32F5

　　ARM公司的高性能”Cortex-M3”內(nèi)核

　　1.25DMips/MHz，而ARM7TDMI只有0.95DMips/MHz

　　一流的外設(shè)1μs的雙12位ADC，4兆位/秒的UART，18兆位/秒的SPI，18MHz的I/O翻轉(zhuǎn)速度

　　低功耗在

　　72MHz時(shí)消耗36mA（所有外設(shè)處于工作狀態(tài)），待機(jī)時(shí)下降到2μA

　　最大的集成

　　度復(fù)位電路、低電壓檢測(cè)、調(diào)壓器、精確的RC振蕩器等

　　簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和易用的工具

　　參數(shù)

　　12V-36V供電

　　兼容5V的I/O管腳

　　優(yōu)異的安全時(shí)鐘模式

　　帶喚醒功能的低功耗模

　　式內(nèi)部RC振蕩器

　　內(nèi)嵌復(fù)位電路

　　工作溫度范圍：-40°C至+85°C或105°C

　　特點(diǎn)

　　內(nèi)核：ARM32位Cortex-M3 CPU，最高工作頻率72MHz，1.25DMIPS/MHz。單周期乘法和硬件除法。

　　存儲(chǔ)器：片上集成32-512KB的Flash存儲(chǔ)器。6-64KB的SRAM存儲(chǔ)器。

　　時(shí)鐘、復(fù)位和電源管理：2.0-3.6V的電源供電和I/O接口的驅(qū)動(dòng)電壓。上電復(fù)位（POR）、掉電復(fù)位（PDR）和可編程的電壓探測(cè)器（PVD）。4-16MHz的晶振。內(nèi)嵌出廠前調(diào)校的8MHz RC振蕩電路。內(nèi)部40 kHz的RC振蕩電路。用于CPU時(shí)鐘的PLL。帶校準(zhǔn)用于RTC的32kHz的晶振。

　　低功耗：3種低功耗模式：休眠，停止，待機(jī)模式。為RTC和備份寄存器供電的VBAT。

　　調(diào)試模式：串行調(diào)試（SWD）和JTAG接口。

　　DMA：12通道DMA控制器。支持的外設(shè)：定時(shí)器，ADC，DAC，SPI，IIC和UART。

　　3個(gè)12位的us級(jí)的A/D轉(zhuǎn)換器（16通道）：A/D測(cè)量范圍：0-3.6V。雙采樣和保持能力。片上集成一個(gè)溫度傳感器。

　　2通道12位D/A轉(zhuǎn)換器：STM32F103xC，STM32F103xD，STM32F103xE獨(dú)有。

　　最多高達(dá)112個(gè)的快速I/O端口：根據(jù)型號(hào)的不同，有26，37，51，80，和112的I/O端口，所有的端口都可以映射到16個(gè)外部中斷向量。除了模擬輸入，所有的都可以接受5V以內(nèi)的輸入。

　　最多多達(dá)11個(gè)定時(shí)器：4個(gè)16位定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器有4個(gè)IC/OC/PWM或者脈沖計(jì)數(shù)器。2個(gè)16位的6通道高級(jí)控制定時(shí)器：最多6個(gè)通道可用于PWM輸出。2個(gè)看門狗定時(shí)器（獨(dú)立看門狗和窗口看門狗）。SysTIck定時(shí)器：24位倒計(jì)數(shù)器。2個(gè)16位基本定時(shí)器用于驅(qū)動(dòng)DAC。

　　最多多達(dá)13個(gè)通信接口：2個(gè)IIC接口（SMBus/PMBus）。5個(gè)USART接口（ISO7816接口，LIN，IrDA兼容，調(diào)試控制）。3個(gè)SPI接口（18 Mbit/s），兩個(gè)和IIS復(fù)用。CAN接口（2.0B）。USB 2.0全速接口。SDIO接口。

　　ECOPACK封裝：STM32F103xx系列微控制器采用ECOPACK封裝形式。

　　穿戴式裝置

　　LDO穩(wěn)壓器

　　工作原理

　　如下圖所示，該電路由串聯(lián)調(diào)整管VT、取樣電阻R1和R2、比較放大器A組成。

　　取樣電壓加在放大器A的同相輸入端，與加在反相輸入端的基準(zhǔn)電壓Uref相比較，兩者的差值經(jīng)放大器A放大后，控制串聯(lián)調(diào)整管的壓降，從而穩(wěn)定輸出電壓。當(dāng)輸出電壓Uout降低時(shí)，基準(zhǔn)電壓與取樣電壓的差值增加，比較放大器輸出的驅(qū)動(dòng)電流增加，串聯(lián)調(diào)整管壓降減小，從而使輸出電壓升高。相反，若輸出電壓Uout超過所需要的設(shè)定值，比較放大器輸出的前驅(qū)動(dòng)電流減小，從而使輸出電壓降低。供電過程中，輸出電壓校正連續(xù)進(jìn)行，調(diào)整時(shí)間只受比較放大器和輸出晶體管回路反應(yīng)速度的限制。

　　應(yīng)當(dāng)說明，實(shí)際的線性穩(wěn)壓器還應(yīng)當(dāng)具有許多其它的功能，比如負(fù)載短路保護(hù)、過壓關(guān)斷、過熱關(guān)斷、反接保護(hù)等，而且串聯(lián)調(diào)整管也可以采用MOSFET。

　　300 mA的LDO穩(wěn)壓器降壓穩(wěn)壓器電路

　　不同電壓輸出級(jí)別的應(yīng)用領(lǐng)域

　　LDO特性及應(yīng)用方向

　　總結(jié)

　　我們可以了解到ST提供的物聯(lián)網(wǎng)解決方案已經(jīng)能夠涵蓋傳感器、MCU和無線技術(shù)等所有環(huán)節(jié)。與此同時(shí)，ST還滿足了成為成功的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)供應(yīng)商的其他標(biāo)準(zhǔn)，包括將硬件和軟件IP 組合整合到定制或標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品中，擁有數(shù)字安全技術(shù)方面的先進(jìn)專業(yè)知識(shí)，以及能夠獲取和控制最先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)。我們期待看到更多基于ST解決方案的創(chuàng)新產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)ST“科技引領(lǐng)智能生活”的愿景。