Laird RM1xx LoRa/BLE模块：长距离低功耗无线连接的理想选择

在物联网应用不断拓展的今天，长距离无线通信和低功耗蓝牙连接成为众多设备的核心需求。Laird CONNECTIVITY的RM1xx系列LoRa/Bluetooth Low Energy（BLE）模块，为工程师们提供了一种高效、便捷的解决方案。本文将深入介绍RM1xx模块的特性、规格、硬件设计以及相关应用，帮助电子工程师更好地了解和应用这款产品。

文件下载：RM186-SM-02.pdf

一、产品概述

RM1xx系列包含RM186（适用于欧洲868 MHz频段）和RM191（适用于美国915 MHz频段）两款模块。该系列模块旨在帮助OEM厂商为小型、便携式、对功耗敏感的设备添加长距离LoRa无线链路以及中央或外设模式的蓝牙低功耗（BLE）功能。模块采用了Laird的智能BASIC编程语言，这是一种事件驱动的编程语言，能显著简化产品开发流程，缩短上市时间。

1.1 特性与优势

• 蓝牙v4.1：支持中央或外设模式，内置BLE芯片天线，U.FL接口可连接外部LoRa天线。
• 智能BASIC编程：使开发者能够在紧凑的RM1xx硬件内开发完整的嵌入式应用，通过I2C、SPI、UART、ADC或GPIO接口连接各种外部传感器。
• 长距离通信：LoRa通信距离可达15公里，BLE可编程发射功率范围为+3 dBm至 -20 dBm，还有TX Whisper模式（-30 dBm、-55 dBm）。
• 低功耗：BLE发射峰值电流为12.7 mA（+3 dBm，Vcc = 3.3V），接收峰值电流为11.9 mA（Vcc = 3.3V），待机模式下电流低至4.2 uA，深度睡眠模式下仅750 nA。
• 丰富接口：具备UART、GPIO、ADC、PWM FREQ输出、定时器、I2C和SPI接口。
• 认证齐全：符合FCC/IC（RM191 - SM）、CE（RM186 - SM）标准，无需外部组件。

1.2 应用领域

RM1xx模块适用于多种应用场景，包括公共或私人网络、灌溉/农业、停车、照明、资产跟踪、水箱监测、智能家居、门禁控制、工业自动化等长距离、电池供电的传感器应用。

二、规格参数

2.1 LoRa无线规格

• 频率范围：RM191为902 - 928MHz，RM186为865 - 870 MHz。
• 发射功率：RM191最大发射功率为15.5 dBm，RM186为13.5 dBm，最小发射功率均为1.5 dBm。
• 接收灵敏度：RM191（BW 500 kHz SF 12）为 -126 dBm，RM186（BW 125kHz SF 12）为 -134 dBm。
• 数据速率：RM186为250 bps – 50 kbps，RM191为980 bps – 21.9kbps。

2.2 BLE无线规格

• 频率：2.402 - 2.480 GHz。
• 发射功率：最大发射功率为3 dBm（输入 -1.5 dBi芯片天线），最小发射功率可通过智能BASIC命令设置为 -20 dBm（以4 dB为步长），还有TX Whisper模式1（-30 dBm）和TX Whisper模式2（-55 dBm）。
• 接收灵敏度：典型值为 -91 dBm（0.1% BER）。
• 数据速率：1 Mbps。

2.3 主机接口和外设

• 多功能I/O线：共14条。
• UART：支持TX、RX、CTS、RTS，默认波特率为115200，n，8，1，范围从1,200到460800 bps。
• GPIO：最多14个，可配置输入/输出方向、输出驱动强度和上拉/下拉电阻。
• ADC：四个10位通道，具有1.2 V内部参考电压和1/1、2/3、1/3预缩放功能。
• PWM或FREQ输出：可在最多两个GPIO输出引脚输出，PWM输出占空比为0% - 100%，频率可达500 kHz。
• I2C：一个I2C接口，速率可达400 kbps。

2.4 其他规格

• 供电电压：2.1V – 3.5V（内部DCDC转换器），1.8V – 2.1V（内部LDO）。
• 物理尺寸：25.4 mm x 25.4 mm x 3.1 mm，重量3克。
• 工作温度：-40 ˚C to +85 ˚C（VCC 1.8V – 3.5 V），存储温度范围相同。

三、硬件规格

3.1 模块框图和引脚定义

RM1xx模块的引脚布局清晰，各引脚具有多种功能。例如，SIO_21可作为DIO或UART_TX，SIO_22可作为DIO或UART_RX等。在默认状态下，SIO引脚大多为数字输入，部分引脚有内部上拉或下拉电阻，以避免输入浮空。模块在启动时默认处于AT命令模式，所有SIO线会按照默认配置初始化。

3.2 电气规格

• 绝对最大额定值：VCC_BLE和VCC_LORA引脚电压范围为 -0.3V至 +3.6V，SIO引脚电压范围为 -0.3V至VCC + 0.3V，存储温度范围为 -40 ˚C至 +85 ˚C。
• 推荐工作参数：VCC范围为1.8V至3.5V，最大纹波或噪声为10 mV，工作温度范围为 -40 ˚C至 +85 ˚C。
• 信号电平：输入高电压VIH为0.7VCC至VCC，输入低电压VIL为VSS至0.3V，输出高电压VOH（标准驱动0.5mA）为VCC - 0.3V至VCC，输出低电压VOL（标准驱动0.5mA）为VSS至0.3V。
• ADC规格：内部参考电压为1.2 V（±1.5%），输入可选择1/1、1/3、2/3缩放，转换时间在10位模式下为68 uS。

3.3 功耗特性

• LoRa功耗：输出功率和电流消耗与Vcc有关，Vcc为3.3V ± 5%时可获得最大输出功率。例如，RM186在Vcc = 3.3V时，发射电流为30.9 mA，接收电流为12.6 mA，输出功率为13.5 dBm。
• BLE功耗：在VCC 3.3V和25ºC条件下，发射峰值电流在不同发射功率下有所不同，如+3 dBm时为12.7 mA，-55 dBm时为5 mA；接收峰值电流为11.9 mA；待机模式电流为4.2 uA，深度睡眠模式电流为750 nA。

四、功能描述

4.1 电源管理

模块具备系统待机/深度睡眠模式、欠压复位功能，可通过智能BASIC命令打开/关闭外设（UART、SPI、I2C、SIO和ADC）以节省功耗。同时，支持两区域RAM保留，可通过内部ADC读取VCC电压，还具备引脚唤醒系统功能。

4.2 时钟和定时器

• 时钟：集成高精度32.768 kHz（±20 ppm）和16 MHz（±10 ppm）晶体振荡器，有助于降低系统功耗。
• 定时器：有八个内置定时器（分辨率为976微秒）和一个31位自由运行计数器（分辨率为488微秒），可用于实现定时事件。

4.3 RF功能

• LoRa：RM186工作在865 - 870 MHz，RM191工作在902 - 928 MHz，数据速率分别为250 - 11000 bps和980 - 21900 bps。
• BLE：工作在2402 - 2480MHz，数据速率为1 Mbps，发射功率可编程，接收灵敏度为 -91 dBm。

4.4 接口功能

• UART：提供全双工异步串行通信，支持硬件流控制（UART_CTS、UART_RTS）和奇偶校验。
• SPI：作为主设备，支持全双工同步通信，可通过智能BASIC配置，支持多设备连接。
• I2C：支持主/从拓扑，数据速率可达400 kbps，需外部提供上拉电阻。
• GPIO、ADC和PWM/FREQ：GPIO可配置输入/输出方向、驱动强度和上拉/下拉电阻；ADC可对四个外部信号进行采样；PWM和FREQ输出可在最多两个SIO引脚实现。

4.5 其他功能

• nRESET引脚：低电平有效，拉低至少100 mS可复位模块。
• nAutoRUN引脚：用于选择工作模式，低电平为自包含运行模式，高电平为交互式/开发模式。
• RM1xx VSP服务和模式：通过外部设置SIO_28和nAutoRUN引脚可选择VSP桥接到UART模式或VSP命令模式，后者可实现空中下载智能BASIC应用脚本。
• 两线SWD编程/调试接口：用于升级智能BASIC运行时引擎固件，升级中央和外设固件时需要JTAG。

五、硬件集成建议

5.1 电路设计

• 电源：选择合适的Vcc以优化范围或功耗，VCC_BLE和VCC_LORA引脚应连接在一起，并添加去耦电容。电源需能提供足够的电流，模块内部的上电复位电路可简化电源设计。
• AIN和SIO引脚：确保输入电压不超过VCC，避免损坏ADC引脚。对于ADC测量高电压，可使用电压分压器、电压缓冲器或FET晶体管，并连接电容以减少电压波动。
• UART：用于加载客户智能BASIC应用和固件，需添加连接器以连接PC。
• nAutoRUN引脚：需外部设置高或低电平以选择工作模式。
• I2C：外部需提供I2C_SCL和I2C_SDA线的上拉电阻。
• SPI：可使用智能BASIC脚本实现SPI片选，支持多设备连接。
• SIO引脚方向：可通过智能BASIC脚本改变SIO引脚的方向和上拉/下拉电阻状态。
• SIO_28引脚：外部拉高可启用空中下载智能BASIC应用脚本功能，但需确保SIO_25（nAutoRun）不同时为高电平。
• nRESET引脚：可连接到按钮或由主机驱动，模块上电时默认处于非复位状态。

5.2 PCB布局

• 模块位置：RM1xx模块应靠近PCB边缘放置，以确保板载芯片天线正常辐射。
• 接地设计：使用内层实心接地平面，所有模块接地引脚应连接到主机PCB接地，靠近模块接地焊盘放置接地过孔。
• 天线隔离：确保主机PCB天线隔离区域无铜，避免金属和安装硬件靠近天线，以保证天线性能。

5.3 LoRa外部天线集成

RM1xx模块可与多种外部天线配合使用，如Walsin、World Products和Nearson的偶极天线，天线增益最大为2 dBi，阻抗为50欧姆。

六、机械细节

RM1xx模块的机械尺寸为25.4 mm x 25.4 mm x 3.1 mm，在设计主机PCB时，需注意天线隔离区域和模块放置位置，以确保天线性能。

七、应用注意事项

7.1 表面贴装模块介绍

模块采用ESD安全托盘包装，可直接用于大多数制造商的贴片机。在回流焊前，需确保模块包装能防止吸湿，必要时可根据湿度指示卡进行烘烤。

7.2 回流参数

回流过程中，模块温度不应超过260°C，且持续时间不超过30秒。具体的温度参数需参考推荐的温度曲线，如温度升降速率、浸泡时间、回流时间等。

八、法规声明

8.1 FCC和IC法规

RM191 - SM模块获得了FCC和IC认证，但OEM需遵循相关法规指南，如确保天线与人体的最小距离为30mm，不得与其他天线或发射器同时工作（除非符合FCC多发射器产品程序）。同时，OEM需在产品上标注FCC和IC标识，并确保用户手册包含相关辐射暴露信息。

8.2 CE法规

RM186模块已通过欧盟相关标准测试，OEM可使用增益不超过2.0dBi的外部天线，但需在进入欧盟市场前确保产品符合所有法规要求。

九、订购信息

RM1xx系列提供RM186 - SM和RM191 - SM模块，以及对应的开发板DVK - RM186 - SM和DVK - RM191 - SM。在设计前，建议与Laird确认最新信息。

十、蓝牙SIG认证

RM186和RM191模块已在蓝牙SIG网站上列为合格终端产品。OEM在使用这些模块进行产品设计时，需遵循蓝牙SIG的认证流程，包括获取声明ID和完成资格认证步骤。

Laird RM1xx LoRa/BLE模块凭借其丰富的功能、低功耗特性和良好的兼容性，为电子工程师提供了一个可靠的无线通信解决方案。在实际应用中，工程师需根据具体需求合理选择模块，并遵循相关的设计和法规要求，以确保产品的性能和合规性。你在使用这款模块的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。