RTL8762CMF/RTL8752CMF：蓝牙低功耗SOC的卓越之选

一、引言

在当今的物联网时代，蓝牙低功耗技术在各类设备中得到了广泛应用。Realtek的RTL8762CMF和RTL8752CMF这两款蓝牙低功耗系统级芯片（SOC），凭借其出色的性能和丰富的功能，成为了众多工程师的选择。今天，我们就来深入了解一下这两款芯片。

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二、芯片概述

（一）整体特性

RTL8762CMF/RTL8752CMF是为蓝牙5低功耗应用设计的超低功耗片上系统解决方案。它们将领先的RF收发器的卓越性能与低功耗的ARM Cortex - M4F处理器相结合，还具备丰富强大的支持功能和外设。芯片嵌入了红外收发器和硬件按键扫描功能，采用QFN封装。

（二）MCU平台

1. CPU性能：嵌入式ARM Cortex - M4F 32位CPU采用16位指令集并带有32位扩展（Thumb - 2®技术），代码密度高且内存占用小。通过单周期32位乘法器、3级流水线和嵌套向量中断控制器（NVIC），程序执行简单高效。
2. 调试接口：提供串行线调试（SWD）接口，结合基本分支缓冲区（BBB），为非侵入式程序代码调试提供了灵活强大的机制，开发者可轻松设置断点和进行单步调试。
3. 内存架构：包括ROM、160kByte RAM和8MByte Flash地址空间。160kByte RAM由RAM1（112kByte数据RAM）、RAM2（8kByte缓存共享RAM）、RAM3（8kByte缓存共享RAM）和RAM4（32kByte缓冲RAM）组成，所有RAM区域都可用于执行代码和存储数据。Flash地址空间是映射到外部Flash的虚拟空间，用于在XIP（就地执行）模式下扩展代码空间。

三、芯片特性

（一）通用特性

1. 低功耗：具备智能电源管理单元（PMU），实现超低功耗。
2. 蓝牙支持：支持蓝牙5核心规范，RTL8762CMF还支持2Mbps LE、LE广告扩展、LE长距离、额外广告通道、通道选择#2和高占空比非连接广告等功能。
3. 协议支持：集成MCU执行蓝牙协议栈，支持多种低功耗状态、LE L2CAP面向连接通道支持、LE低占空比定向广告、LE数据长度扩展功能，支持OTA（空中）编程机制进行固件升级，支持GAP、ATT/GATT、SMP、L2CAP等协议。
4. 角色应用：适用于GAP中央、外设、观察者和广播者角色的通用应用。

（二）平台特性

1. 处理器性能：ARM Cortex - M4带有浮点单元（RTL8762CMF最高40MHz，RTL8752CMF最高20MHz）。
2. 存储控制：串行闪存控制器（单比特和双比特模式），带有16kB 4路缓存。
3. 内存资源：总共160kB SRAM，4Kbits eFUSE供制造商使用。
4. 加密功能：支持AES128/192/256加密/解密引擎，嵌入式4Mbits闪存。
5. 蓝牙收发器：RX灵敏度为 - 97dBm BLE（最小值），最大TX功率为8dBm，具备快速AGC控制以提高接收动态范围，支持蓝牙低功耗PHY。

（三）外设接口特性

1. GPIO：最多26个灵活的通用IO。
2. 其他外设：硬件按键扫描、嵌入式红外收发器、实时计数器（RTC）、支持通用4线SPI主/从模式（RTL8762CMF最大SPI时钟为20MHz，RTL8752CMF最大SPI时钟为10MHz）、8通道低功耗比较器、400ksps，12bit，4通道AUXADC、8个定时器、2个I2C、8个PWM、2个UART。
3. 时钟支持：支持外部40MHz XTAL（在有限条件下无需电容）、外部32.768kHz XTAL（在有限条件下无需电容），支持嵌入式内部32K RCOSC以维持BLE连接（在有限条件下）。
4. 电源特性：RTL8762CMF嵌入式开关稳压器可降低电流消耗。

四、应用场景

这两款芯片适用于MESH LED等应用场景，凭借其低功耗和丰富的功能，能够满足相关设备对蓝牙通信和控制的需求。

五、引脚相关

（一）引脚分配

RTL8762CMF和RTL8752CMF的引脚分配有各自的特点，且绿色封装通过“G”在GXXXV中标识。两款芯片的引脚分配虽有相似之处，但也存在一些差异，在设计时需要根据具体需求进行选择。

（二）引脚描述

1. RF接口：RFIO引脚用于BT RX/BT TX接口。
2. XTAL和系统接口：包括32K_XI（32k晶体输入或外部32k时钟输入）、32K_XO（32k晶体输出）、XI（40MHz晶体输入）、XO（40MHz晶体输出或外部40MHz时钟输入）、HW_RST_N（硬件复位引脚，低电平有效）。
3. 通用IO：多个引脚可作为通用IO，具有8mA驱动能力，具备唤醒功能和内部强/弱上拉和下拉电阻。部分引脚还有默认功能，如P1_0默认是SWDIO，P1_1默认是SWDCLK。
4. 电源引脚：包括VA18（ADC参考电压）、VD12_PA（为PA提供1.2V电源）、VD12_TRX（为RF收发器提供1.2V电源）、VD12_SYN（为合成器提供1.2V电源）、VDDIO（为数字IO PADs提供1.8V - 3.3V电源）、VDDCORE（为数字核心LDO提供1.2V电源）、VDIGI（1.1V数字电源去耦）、HVD（开关稳压器输入1.8V - 3.3V电源）、LX（开关稳压器输出）、VBAT（电池电压输入）。

六、蓝牙无线电部分

（一）RF收发器

芯片包含嵌入式GFSK RF收发器，超低功耗且完全符合蓝牙低功耗无线系统。其采用单端RF模式，TX/RX路径共享同一RFIO引脚，并集成了巴伦，在RF路径中需要PI匹配网络进行天线匹配和降低谐波信号。

（二）调制解调器

在发射路径中，调制解调器与RF发射器结合生成GFSK信号；在接收路径中，接收来自模数转换器（ADC）的基带GFSK信号，并通过通道滤波、同步和解调对数据进行解码。同时，调制解调器实现了RF自动校准方案，以补偿CMOS工艺中晶体管特性的变化和环境温度差异。

（三）发射器

发射器将基带信号转换为2.4GHz免许可工业、科学和医疗（ISM）频段的GFSK调制信号，上变频后的GFSK信号由集成功率放大器放大。

七、时钟管理

（一）时钟类型

为实现最佳功耗和性能，芯片提供高频和低频时钟。高频时钟由外部40MHz晶体振荡器（XTAL）产生，低频时钟由32.768kHz/32kHz XTAL产生。

（二）工作模式

在正常模式下，高频时钟持续运行，为CPU、蓝牙核心和外设模块提供时钟；在低功耗模式下，高频时钟关闭以节省功耗，32.768kHz/32kHz低频时钟保持开启，为RTC（实时计数器）、BT核心和PMU提供时钟。

（三）具体时钟源

1. 40MHz XTAL振荡器：芯片内置40MHz晶体振荡电路，借助内部内置电容，可在大规模生产过程中微调时钟偏移。最大内部电容通常为20pF，建议遵循Realtek晶体设计规范和QVL，外部电容(C{1})和(C{2})可被内部电容替代，降低BOM成本，减小PCB尺寸，并增加时钟微调的灵活性。
2. 32kHz/32.768kHz XTAL振荡器：作为低功耗模式下的睡眠时钟，芯片内有固定的7pF电容（Cx）和0pF - 12.8pF的微调电容（Cxi/Cxo）。当选择7pF的晶体负载电容时，无需外部Cx、C1和C2。若不使用外部32k晶体，32k_XI和32k_XO引脚可配置为GPIO引脚。
3. 内部32kHz RC振荡器：芯片内置内部32K RCOSC作为低速时钟源，在运行时自校准算法和有限的用户环境下，当温度变化小于1°C/秒时，可通过内部32K RC振荡器维持BLE连接。

八、电源管理单元（PMU）

芯片由单电源提供3V电源，IO电压（VDDIO）可与VBAT不同（但VDDIO应小于或等于VBAT），内部LDO稳压器为数字核心电路和无线电电路供电。RTL8762CMF定义了三种PMU电源状态：

1. 活动模式：所有时钟和电源开启，所有功能正常运行。
2. 深度低功耗模式（Deep LPS）：高速时钟和核心域电源关闭，CPU停止运行，数据可保留在保留SRAM中。
3. 掉电模式：除“始终开启”电源域，所有时钟源和电源关闭，只能通过GPIO引脚唤醒。

九、外设接口描述

（一）引脚复用器

所有GPIO引脚可通过内置引脚复用器（PINMUX）进行配置，所有引脚都有内部上拉和下拉电阻，用于控制GPIO_PU和GPIO_PD。

（二）实时计数器（RTC）

有24位计数器和四个独立比较器，计数器由内部32k RCOSC/外部32k XTAL提供时钟，并带有12位预分频器。比较器输出可中断CPU并从DLPS模式唤醒芯片。

（三）PWM/硬件定时器（TIM）

支持八个PWM/TIM模块，具有8个独立定时器（2个定时器专用于内部使用）、独立输入时钟分频器（1/2、1/4、1/8、1/16、1/40）、3种模式（自由运行/用户定义/PWM）、32位计数器、互补PWM输出和死区（仅Timer2、Timer3）以及PWM输出状态回读功能。

（四）GPIO控制

提供32个GPIO，具有输入/输出功能、32个独立中断、3种中断触发条件（电平/边沿/双边沿）和硬件中断去抖功能。

（五）硬件按键扫描

支持可配置的12行 * 20列按键矩阵，每个IO PAD可配置为按键扫描的行或列引脚，具有可配置矩阵、扫描时钟、去抖时间、扫描间隔、全键释放检测时间、26深度按键FIFO和按键过滤功能。

（六）IR控制器

提供灵活的红外代码发送和接收功能，发射器可编程红外载波（10kHz - 60kHz）、载波占空比和载波周期数；接收器可编程采样时钟（最大40MHz），具备自动/手动触发模式、硬件波形采样（不受软件任务干扰），RX FIFO深度为32。

（七）SPI

有两个独立的SPI接口，SPI0支持主从模式，SPI1仅支持主模式。SPI0具有主从模式、支持时钟模式0 - 3（CPOL，CPHA）、4种传输模式（仅TX、仅RX、全双工、EEPROM）、2n SPI CLK分频器（RTL8762CMF最大20MHz，RTL8752CMF最大10MHz）、支持4 - 32位SPI数据帧（主模式）、4 - 16位SPI数据帧（从模式）、1个硬件CS（主模式）、32位FIFO（主模式36深度）、16位FIFO（从模式64深度）；SPI1支持主模式、时钟模式0 - 3（CPOL，CPHA）、4种传输模式、2n SPI CLK分频器（最大20MHz）、支持4 - 32位SPI数据帧（主模式）、3个硬件CS（主模式）、32位FIFO（主模式36深度），支持DMA传输。

（八）I2C

有两个独立的I2C接口，可配置为主或从模式，支持7/10位I2C地址、可配置I2C地址（从模式）、标准速度（0 - 100kHz）、快速速度（100kHz - 400kHz）、TX FIFO 8位 24、RX FIFO 8位 40，支持DMA。

（九）UART

有三个硬件UART（UART0、UART1、UART2），UART2专用于日志输出。支持7/8数据格式、1/2位停止位、可配置奇偶校验位（奇数/偶数）、可编程波特率（最大4,000,000）、硬件流控制、RX线路空闲状态检测，支持DMA。

（十）直接内存访问控制器（DMA）

具有6个DMA通道，每个通道有独立的中断和控制位，支持4种传输模式（内存到内存、内存到外设、外设到内存、外设到外设）、最大块长度4095、支持多块传输（通道0和2）、支持分散聚集传输（通道1和3）、安全中止/异常中止/暂停传输、传输项计数器（单块）和外设硬件握手接口。

（十一）AUXADC

提供内置的（最多8个通道，具体取决于封装类型）12位、400kbps AUXADC，用于外部模拟信号传感和内部VBAT电压监测，具有灵活的多通道采样调度表、支持0 - VBAT输入范围的内部电阻分压器模式、内部VBAT电压传感、支持单端模式和差分模式。

十、电气和热特性

（一）温度限制

芯片有相应的温度限制额定值，在不同的温度环境下使用时需要考虑这些限制。

（二）电源特性

包括电源供应直流特性、内部LDO特性、RTX LDO特性、合成器LDO特性等，不同的芯片（RTL8762CMF和RTL8752CMF）在电源相关特性上可能存在差异，设计时需要根据具体芯片进行选择和配置。

（三）ESD特性

芯片的所有引脚在HBM、MM、CDM测试方法下有相应的ESD特性，在使用过程中需要注意静电防护。

（四）AUXADC特性

在特定条件下，AUXADC具有分辨率、时钟源、直流偏移误差、增益误差、DNL、INL、输入电压范围、输入阻抗、采样电容等特性。

（五）无线电特性

包括频率范围、RX性能（灵敏度、最大输入电平、C/I等）、TX性能（最大输出功率、相邻通道功率比、调制特性等）。

（六）数字IO引脚直流特性

不同的VDDIO电压下，数字IO引脚有不同的输入高/低电压、输出高/低电压、上拉和下拉电阻、输入高/低电流等特性。

（七）启动序列

芯片嵌入了上电复位电路（POR）和上电序列有限状态机来启动系统，不同的启动方式（内部上电复位电路启动、HW_RST_N引脚启动）有不同的上电时序要求。

（八）UART特性

UART有相应的时序特性，如RX停止位和RTS变高之间的时间、CTS变低和设备发送第一位之间的时间、CTS变高和TX发送停止位之间的时间等。

（九）I2C时序特性

I2C有SCL时钟频率、SCL高/低周期、START和DATA保持时间、STOP和DATA建立时间、SCL和SDA上升/下降时间等时序特性。

（十）功耗

1. 低功耗模式：在特定条件下，掉电模式典型电流消耗为450nA，深度LPS模式（带有160K SRAM保留状态）典型电流消耗为2.5µA。
2. 活动模式：RTL8762CMF使用开关稳压器时，活动RX模式典型电流消耗为7.3mA，活动TX模式（TX功率0dBm）为7.9mA，活动TX模式（TX功率4dBm）为9.6mA，活动TX模式（TX功率7.5dBm）为11.3mA；RTL8752CMF使用LDO时，活动RX模式典型电流消耗为14.6mA，活动TX模式（TX功率0dBm）为15.6mA，活动TX模式（TX功率4dBm）为18.8mA，活动TX模式（TX功率7.5dBm）为21.8mA。

十一、机械尺寸和回流焊曲线

（一）机械尺寸

芯片采用塑料四方扁平无引脚封装（QFN），40引脚，5x5