深入剖析DA14695MOD：一款强大的SmartBond蓝牙低功耗模块

在当今的物联网时代，蓝牙低功耗（BLE）技术因其低功耗、低成本和广泛的兼容性，成为了众多应用的首选无线通信方案。Renesas的DA14695MOD SmartBond蓝牙LE 5.2模块，凭借其卓越的性能和丰富的功能，为开发者提供了一个理想的解决方案。今天，我们就来深入剖析这款模块，看看它到底有哪些过人之处。

文件下载：Renesas ， Dialog DA14695模块子板.pdf

一、模块概述

DA14695MOD模块基于Renesas的SmartBond DA14695蓝牙低功耗5.2片上系统（SoC），集成了所有无源元件、天线、32Mbit QSPI FLASH，并配备了易于使用的软件。该模块适用于广泛的市场应用，并且将在各地区获得认证，这将显著降低开发成本、风险和上市时间。

DA14695是一款多核无线微控制器，结合了最新的Arm Cortex - M33应用处理器（带有浮点单元）、先进的电源管理功能、加密安全引擎、模拟和数字外设、专用传感器节点控制器，以及符合蓝牙5.2低功耗标准的软件可配置协议引擎和无线电。

二、关键特性

蓝牙特性

• 兼容性广泛：兼容蓝牙5.2标准，同时符合ETSI EN 300 328和EN 300 440 Class 2（欧洲）、FCC CFR47 Part 15（美国）和ARIB STD - T66（日本）等地区标准。
• 多连接支持：支持多达八个连接，满足多设备交互的需求。
• 高速传输：支持高达2 Mbps的吞吐量，确保数据快速稳定传输。
• 预编程地址：Renesas注册的BD地址预编程在OTP中，方便开发和使用。

处理和内存

• 高性能处理器：采用32 kHz至96 MHz的32位Arm Cortex - M33处理器，配备16 kB、4路关联缓存和FPU，提供高达144 dMIPS的处理能力。
• 灵活的MAC引擎：灵活且可配置的蓝牙LE MAC引擎，实现高达HCI的控制器堆栈。
• 丰富的内存：拥有4 MB板载FLASH、512 kB RAM、128 kB ROM和4 kB OTP，满足不同应用的存储需求。

低功耗设计

• 低电流消耗：在不同工作模式下，电流消耗极低。例如，在$V_{BAT}=3 V$时，RX电流为1.8 mA，TX电流（0 dBm）为3 mA，睡眠模式下（保留所有RAM）仅为18.4 µA。
• 传感器节点控制器：优化的可编程传感器节点控制器允许在无需CPU干预的情况下进行传感器节点操作和数据采集，实现一流的功耗表现。

射频性能

• 可编程发射功率：射频发射功率可在 - 18至 + 6 dBm之间编程，适应不同的通信距离需求。
• 高灵敏度：接收器灵敏度为 - 96 dBm，总链路预算为102 dB，确保良好的通信质量。

接口丰富

• 通用IO：多达40个通用IO引脚，方便与其他设备进行连接和交互。
• 多种接口支持：包括解密即时QSPI FLASH接口、独立QSPI PSRAM接口、SPI LCD控制器（带有自己的DMA）、4通道10位SAR ADC（3.4 Msamples/sec）、4通道14位ΣΔ ADC（1000 samples/sec）、2个通用定时器（带PWM）、3个UART（高达1 Mbps，其中一个UART扩展支持ISO7816）、2个SPI + ™控制器、2个I2C控制器（100 kHz、400 kHz）、1个PDM接口（带HW采样率转换器）、1个I2S/PCM主/从接口（多达八个通道）和USB 1.1全速设备接口。

电源管理

• 宽电压范围：工作电压范围为2.4 V至4.75 V，可使用一次和二次电池供电。
• 充电功能：片上JEITA兼容的硬件充电器可通过USB对可充电电池进行原生充电。
• 电源输出：通过集成的SIMO DCDC和集成LDO为外部设备提供电源。

其他特性

• 实时时钟：内置实时时钟，方便进行时间相关的操作。
• 晶振：配备经过微调的32 MHz晶体，确保时钟精度。

软件工具

• SDK支持：支持SDK10，提供丰富的开发资源和工具。
• 多平台支持：支持MicroPython/Zephyr，方便开发者选择熟悉的开发环境。
• 编程和调试：提供Flash/OTP编程器，支持SUOTA（空中软件更新）。
• 性能监测：具备电池寿命估算、数据速率监测和实时功率分析功能，方便进行性能优化。
• 生产测试：支持生产线测试，确保产品质量。

标准合规性

该模块符合多个地区的标准，包括BT SIG QDID 149229，以及欧洲（CE/RED）、美国（FCC）、加拿大、日本、韩国、台湾、南非、巴西、中国、泰国和印度等地区的相关标准。

三、应用领域

DA14695MOD模块的应用领域非常广泛，包括但不限于以下方面：

• 信标和定位：可用于室内外定位系统、资产跟踪等应用。
• 接近标签：实现物品的接近检测和交互。
• 低功耗传感器：与各种传感器结合，实现数据采集和传输。
• 工业应用：如工业自动化、数据采集等。
• 健康和娱乐：用于健身设备、可穿戴设备、智能家居等领域。
• 物联网和机器人：为物联网设备和机器人提供无线通信支持。
• 游戏：实现游戏设备之间的无线连接和交互。

四、设计指南

模块框图

模块基于Renesas Electronics DA14695 SoC，集成了32 Mbit QSPI Flash、32 MHz XTAL和印刷天线，有助于缩短上市时间并降低开发成本。模块主要由32 Mbit QSPI FLASH、32 MHz XTAL、32 kHz XTAL、十个去耦电容、一个功率电感、一个CLC滤波器和匹配组件（用于印刷天线）组成。

引脚布局

模块的引脚分为边缘引脚和底层引脚，每个引脚都有特定的功能和用途。例如，边缘引脚包括Reset、P0_13、CMAC_SWCLK等，底层引脚包括GND、PO_25、V30等。在设计时，需要根据具体应用需求合理连接和使用这些引脚。

特性参数

绝对最大额定值

• 引脚电压限制：不同类型的引脚有不同的电压限制，如VPIN_LIM_DEF（默认引脚）为 - 0.1至3.6 V，VBAT_LIM（电池引脚）为0至6 V等。
• 存储温度：存储温度范围为 - 50至150℃。

推荐工作条件

• 电源电压：电池供电电压（VBAT）推荐范围为2.4至4.75 V，总线供电电压（VBUS）为4.2至5.75 V。
• 引脚电压：3.0 V I/O引脚电压为0至3 V，1.8 V I/O引脚电压为0至1.8 V。
• 环境温度：环境温度范围为 - 40至85℃。

电气特性

包括GPIO的直流特性、RDS特性、RCX和XTAL的时序特性、RADIO的交流特性等。例如，GPIO的HIGH和LOW电平输入电流在一定范围内，RADIO的灵敏度和输出功率有相应的指标。

机械规格

• 尺寸和焊盘图案：模块尺寸为15.85 mm x 20 mm x 2.5 mm，具体的机械尺寸和焊盘图案可从Renesas网站获取。
• 标记：模块屏蔽标记包含生产年份和周信息，格式为DA14695MOD - 00F3200 yyww。

物料清单（BOM）

BOM列出了模块所使用的各种元件，包括电容、电感、电阻、IC、NOR Flash、晶体振荡器等。例如，电容有不同的容值和规格，电感有特定的电感值和额定电流，IC为DA14695 - 00000HQ2等。

设计建议

安装位置

为了获得最佳性能，建议将模块安装在主机PCB的边缘，天线边缘朝外。模块可以位于主机PCB的外拐角或中间位置，性能相当。天线周围应保留4.0 mm的自由空间，避免在天线下方放置铜或层压板，因为它们会严重影响天线性能。金属靠近天线也会降低其性能，具体的影响程度取决于主机系统的特性。

天线性能

天线的电压驻波比（VSWR）和效率取决于安装位置。在不同的安装位置进行测试，得到的VSWR和天线效率有所不同。例如，在频率为2405 MHz时，安装在左侧位置的天线效率为39%（ - 4.1 dB），中间位置为46%（ - 3.4 dB），右侧位置为56%（ - 2.5 dB）。

辐射模式

天线辐射模式的测量在消声室中进行，分别在XY、XZ和YZ平面上进行测量，接收天线采用水平和垂直极化。模块安装在参考板的右上角，天线下方无层压板。测量结果显示，在2.4 GHz频率带，不同平面的天线峰值增益和极化特性有所不同。

五、焊接和包装

焊接

模块在PCB上的成功回流焊接取决于多个参数，如模板厚度、焊盘焊膏孔径、焊膏特性、回流焊接曲线、PCB尺寸等。推荐使用无清洁助焊剂，以避免组装后清洗导致屏蔽层下积水。对于铅锡焊膏（如Sn3Ag0.5Cu，无清洁助焊剂ROL0，焊粉类型4），给出了具体的回流焊接曲线规格，包括斜率、预热时间、回流时间、峰值温度等参数。

包装

卷带包装

模块采用卷带包装，卷盘规格包括直径为13英寸、卷带宽度为22英寸、卷带材料为静电耗散黑色导电聚苯乙烯合金等。每卷的数量为100/700pcs，带头长度为400mm + 10%，带尾长度为160mm + 10%，圆形链轮孔直径为1.50±0.10 mm，圆形链轮孔间距为4.00±0.10 mm。

标签

每个卷盘上都有一组标签，包括信息标签和指令标签。信息标签显示批次号、日期代码、卷盘日期和编号、数量和零件号等信息，指令标签显示指令合规性信息。

六、订购信息

订购号由零件号和后缀组成，后缀表示包装方法。样品和生产的订购信息有所不同，样品的包装数量为100，最小起订量为1；生产的包装数量为700，最小起订量为1。具体的订购详情和可用性可咨询Renesas Electronics Corporation当地销售代表。

七、监管信息

模块已获得全球市场认证，这有助于最终产品进入市场。但最终产品可能需要根据具体市场法规申请最终产品认证，模块认证将有助于简化该过程。不同地区有不同的标准和要求，如欧洲的RED、CE和EMC标准，美国的FCC标准，日本的MIC标准等。模块符合多个地区的标准，但部分认证仍在进行中（CERTIFICATION PENDING）。

八、蓝牙SIG资格

DA14695 SmartBondTM模块在蓝牙SIG网站上被列为合格产品。客户可以参考QDID 152841（主机子系统）和QDID 149229（控制器子系统）来对其产品进行资格认证。

总结

DA14695MOD SmartBond蓝牙LE 5.2模块凭借其丰富的特性、广泛的应用领域和完善的设计支持，为开发者提供了一个强大而可靠的蓝牙低功耗解决方案。无论是在性能、功耗还是兼容性方面，该模块都表现出色。在实际应用中，开发者需要根据具体需求合理选择和使用该模块，并遵循设计指南和监管要求，以确保产品的顺利开发和上市。你在使用类似蓝牙模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。