博文 | ST意法半导体最新一代低功耗蓝牙芯片BlueNRG-LPS

 

最近，ST意法半导体推出最新一代低功耗蓝牙系统芯片BlueNRG-LPS，这是一款超低功耗的可编程Bluetooth Low Energy无线SoC解决方案。BlueNRG-LPS符合Bluetooth Low Energy SIG核心规范5.3版本，支持点对点连接和蓝牙网状网络，允许以可靠的方式构建大覆盖范围的设备网络。BlueNRG-LPS内嵌了意法半导体先进的2.4 GHz无线IP，经过优化之后具有较低功耗和优秀的无线性能，在电池寿命方面领先于同业者。同时BlueNRG-LPS还适用于2.4 GHz专有无线通信，支持超低延迟应用，在做一些私有客制化的产品，有巨大的优势。

 

符合蓝牙5.3 认证BlueNRG-LPS系统芯片主要新增功是可以精确推算运动方向和位置，采用蓝牙特定技术，包括根据天线阵列捕获的信号算出的到达角(AoA)和出发角(AoD)。可以精准地进行室内导航、定位，在车库停车位、人员、物资物品实时定位查找得以实现。

 

BlueNRG-LPS支持高速率、长距离、广播扩展、信道选择算法、GATT缓存、测向（AoA/AoD）等，硬件支持主从同步连接，支持多主多从工作模式，能被（采集器、 台体自动线、手持设备） 主机连接的同时，同时与多个从机（外置负荷开关、报警装置、 各类外置传感器）建立并发数据连接。多主、多从同时连接在很多场景应用广泛，如电表、 冷链系统（Tracker）、运动器械实时统计( 班级跳绳与足球) 、中央空调系统、 移动路由器网关,、ESL 网络网、传感器网络网关等。

 

BlueNRG-LPS通过专用的硬件功能增强了对安全硬件的支持：

真正的随机数生成器（RNG）、加密AES、最高128位的安全协处理器、公钥加速器（PKA）、CRC计算单元、64位唯一ID、Flash存储器读/写保护。

 

公钥加速（PKA）支持模运算（包括最大模量为3136位的求幂运算和素数域上椭圆曲线标量乘法）、ECDSA签名、最大模量为521位的ECDSA验证、CRC计算单元。

 

BlueNRG-LPS主要技术特性：

支持Bluetooth 5.3规范的蓝牙低功耗片上系统：

2 Mbps数据率

远距离（编码的PHY）

扩展广播

通道选择算法

GATT缓存

测向（AoA/AoD）

LE Ping程序

定期广播和定期广播同步传输

LE L2CAP以连接为导向的信道

LE功率控制和路径丢失监测

 

无线广播：

接收灵敏度等级：-97 dBm @ 1 Mbps，-104 dBm @ 125 kbps（远距离）

可编程输出功率，最高可达+8 dBm（在天线连接器处）

支持的数据速率：2 Mbps、1 Mbps、500 kbps以及125 kbps

128路物理连接

集成式巴伦

支持外部PA和LNA

BlueNRG核心协处理器（基于DMA），用于蓝牙低能耗时序关键型操作

2.4 GHz专有无线驱动

适用于构建需要符合以下射频规定的系统：ETSI EN 300 328、EN 300 440、FCC CFR47第15部分、ARIB STD-T66

 

超低功耗无线性能：

关断模式（1.8 V）下8 nA

深度停止模式下为0.8 µA（具有外部LSE和BLE唤醒源，1.8 V）

深度停止模式下为1.0 µA（具有内部LSI和BLE唤醒源，1.8 V）

发射端峰值电流4.3 mA（@ 0 dBm，3.3 V）

接收端峰值电流3.4 mA（灵敏度等级，3.3V）

高性能的超低功耗32位Arm Cortex-M0+，运行频率可达64 MHz

动态电流消耗：14 µA/MHz

工作电压：1.7 至 3.6 V

温度范围为-40 ºC至105 ºC

 

供电和复位管理：

高效率的嵌入式SMPS降压转换器，采用智能旁路模式

超低功耗的上电复位(POR)和下电复位(PDR)

可编程电压检测器（PVD）

 

时钟源：

64 MHz PLL

具有故障保护的32 MHz晶体振荡器，配集成式微调电容器

32 kHz晶体振荡器

内部低功耗32 kHz RO

 

192 kB的片上非易失性Flash存储器

24 kB的片上RAM of 24 kB + 4 kB的PKA RAM

1 kB的一次性可编程（OTP）存储区域

内嵌UART自举程序

超低功耗模式，带/不带定时器和RAM内容保留

正交解码器

 

增强型安全机制，例如：

Flash读/写保护

SWD禁用

安全自举程序

 

安全特性

真随机数发生器 (RNG)

硬件加密AES，最高128位安全协处理器

HW公钥加速器（PKA）

加密算法：RSA、Diffie-Helman、ECC over GF(p)

CRC计算单元

64位唯一ID

 

系统外设
 

1x DMA控制器带8个通道，支持ADC、SPI-I2S、I2C、USART、LPUART和定时器

1x SPI，配多路复用I2S接口

1x I2C（SMBus/PMBus）

1个LPUART（低功耗）

1x USART（ISO 7816智能卡模式、IrDA、SPI主设备和Modbus）

1x 独立WDG

1x实时时钟（RTC）

1个独立系统定时器

1个16位4通道通用定时器

2个16位2通道通用定时器

红外接口

 

多达20个快速I/O

都具有唤醒功能

在低功耗模式下处于保留状态

所有均为5 V耐压

 

模拟外设

12位ADC带8个输入通道，带下采样器可达最高16位

电池监测

模拟看门狗

 

开发支持

串行线调试 (SWD)

4个断点和2个观察点

 

采用QFN32和WLCSP36封装，所有封装均符合ECOPACK2标准