Устройства «система на кристалле» (SoC) от Toshiba, отвечающие требованиям Bluetooth 4.2

Компания Toshiba Electronics Europe представляет устройства Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE) — систему на кристалле (SoC) последнего поколения (Generation2, G2). Это первые устройства, обеспечивающие полное соответствие новым требованиям спецификации Bluetooth версии 4.2. Кроме того, новинки Toshiba могут снизить энергопотребление на 50% по сравнению с текущими изделиями для решений «Интернета вещей» с питанием от миниатюрных литиевых батарей, одновременно снижая стоимость компонентов и необходимое пространство на печатной плате. Они также поддерживают функции BLE 4.2, недоступные во многих устройствах конкурентов.

Значения потребляемого тока 3,3 мА для приема (RX) и 3,3 мА для передачи (TX) достигаются за счет соответствующей архитектуры и схемных решений аналоговых цепей, что значительно увеличивает срок службы батареи. Технология SoC компании Toshiba также предусматривает интеграцию радиочастотных согласующих цепей, что избавляет от согласующих цепей между устройством и антенной. Устройство позволяет проектировщикам не использовать конденсаторы, которые обычно устанавливаются вместе с внешними кварцевыми генераторами. Это способствует уменьшению размеров устройств «Интернета вещей» за счет сокращения количества требуемых внешних компонентов до семи, обеспечивая дальнейшее уменьшение габаритов схемы на печатной плате на 20%.

Компания Toshiba реализовала три технологии снижения потребляемого тока SoC BLE:

1. конфигурация архитектуры приемника для снижения потребляемого тока;
2. высокоэффективная система управления питанием;
3. конструкция радиочастотного блока с низким потребляемым током.

В архитектуре приемника предусмотрен локальный синтезатор с частотой, равной половине частоты традиционного приемника, что сокращает потребление тока локального генератора. Несмотря на то что архитектура может быть уязвимой для помех из-за сложной конфигурации частот, высокая устойчивость к помехам достигается применением схемы распределения частот, позволяющей избегать свертывания от сигналов сети.

Для снижения потерь в устройстве SoC отсутствуют LDO-регуляторы . Поскольку снижение эффективности из-за шума переключения преобразователя постоянного тока представляет проблему, для корректировки частоты применена схема фазовой автоподстройки, чтобы устранить помехи в диапазоне, используемом модулем Bluetooth с низким энергопотреблением.

В конструкциях радиочастотных блоков с низким потребляемым током передатчик и приемник имеют общий генератор, управляемый напряжением (ГУН), поэтому диапазон частот настройки ГУН должен быть достаточно широким, что увеличивает потребление тока. Использование отдельных ГУН для передачи и приема в целях сокращения требуемых диапазонов настройки частоты для каждого ГУН помогает добиться низкого потребления тока. Кроме того, для тех же целей в усилителе мощности применена технология импульсного усилителя.

За счет этих методов технология SoC BLE компании Toshiba позволяет снизить потребляемый рабочий ток и одновременно улучшить работу радиоканала. Чувствительность на приеме составляет –93 дБ/мВт, а выходная мощность равна 0 дБ/мВт. Кроме того, интеграция всех радиочастотных согласующих цепей на кристалле SoC, изготовленного по технологии КМОП 65 нм, сокращает число внешних компонентов до семи по сравнению с 19, необходимыми для работы выпускающихся в настоящее время устройств Toshiba.

Устройства Toshiba BT4.2 снабжены полным комплектом микропрограммного обеспечения BLE 4.2.

В отличие от многих других устройств, доступных в настоящее время, SoC Toshiba BLE 4.2 поддерживают до восьми подключений BLE одновременно. Благодаря этому они могут использоваться в сетях Bluetooth с ячеистой топологией и других средах с многосвязной архитектурой. Технология BLE 4.2 обеспечивает повышенную безопасность за счет защищенных подключений с использованием криптографии на основе протокола Диффи — Хелмана на эллиптических кривых (ECDH) с открытым и закрытым ключом, а также защиты канального уровня (Link Layer Privacy) для автоматической генерации и разрешения частных адресов Bluetooth и дополнительного шифрования передаваемых данных. Все эти возможности отсутствуют в качестве стандартных функций во многих других ИС BLE.

BLE 4.2 также предусматривает увеличение длины пакета BLE до 251 байт по сравнению с 27 байт в стандарте 4.1. Таким образом, обеспечивается повышение теоретической скорости с 305 до 803 кбит/с.