JN5139 ZigBee Low-Cost Modul von Jennic
Jennic stellt das JN5139 ZigBee Modul mit BOM-Kosten unter 5 US$ vor
Viele Aufgabenstellungen im Bereich industrieller Steuerung oder des Gebäudemanagements verlangen die Vernetzung lokal getrennter Aktoren und Sensoren. Drahtlose Technologien wären hierbei wünschenswert, solange Betriebssicherheit, Stromverbrauch und vor allem Kosten in vernünftigen Grenzen gehalten werden könnten. WLAN-Standards scheiden aus, da sie leistungsfähige CPUs benötigen und einen erheblichen Unterbau an Software. Auch Bluetooth ist mit seiner begrenzten Reichweite und Anzahl von Clients ungeeignet. ZigBee verspricht Abhilfe, doch die Implementierung muss eine günstige Ausgewogenheit an Reichweite, Effizienz und Kosten aufweisen. Mit seinem neuen ZigBee Referenzdesign hat Jennic genau dieses Ziel im Visier.
Jennic Low Cost Module with PCB Antenna
- Abbildung 1: Realisierung des Low-Cost Refenzdesigns. Deutlich zu sehen die PCB-Dipolantenne, direkt am Chip angeschlossen
JN5139 ZigBee Low-Cost Modul von Jennic, im Detail
Jennic hat für ZigBee- und IEEE 802.15.4-Knoten mit der Einführung eines Low-Cost Referenzdesigns auf Basis des JN5139 Wireless- Microcontrollers eine neue Preiskategorie erreicht und die Kosten der gesamten Stückliste bei Serienproduktion von Modulen für drahtlose Sensornetzwerke auf deutlich unter 5 US$ senken können. Diese Kosten schließen den Jennic JN5139 Microcontroller ebenso ein wie eine sehr leistungsfähige PCB-Antenne und alle sonst notwendigen passiven und aktiven Komponenten.
Der Einsatz von drahtlosen Systemen zur Anbindung von Geräten wie Thermostaten oder Lichtschaltern im Bereich des facility managements kann Installationskosten sparen, verglichen mit verdrahteten Lösungen. Die Kosten der drahtlosen Knoten selbst können aber erheblich zur gesamten Kalkulation beitragen und daher die Wahl des eingesetzten Systems beschränken. Um die Kostenproblematik zu lösen, hat Jennic nun ein Referenzdesign entwickelt, das Herstellern die Implementierung der Microcontrollerund HF-Funktionen zu einem Preis von unter 5 US$ ermöglicht. Das Referenzdesign bietet hervorragende HF-Eigenschaften und erreicht Funkstrecken mit einer Distanz von über 1 km. Seine Verfügbarkeit sichert auch kürzestes Time-To-Market, da es ein ausgetestetes und einfach einzusetzendes HF PCB-Design beinhaltet.
Der Preis von weniger als 5 US$ wurde als Resultat mehrerer Faktoren erzielt. Im HF-Berich hat Jennic die Antenne und den Symmetrierübertrager eliminiert (das zweite Schlüsselelement im HF-Pfad), indem eine symmetrische PCB-Antenne zum Einsatz kam, die exakt 200 Ohm Impedanz aufweist und damit direkt an den HFAusgang des Chips angeschlossen werden kann. Daraus ergeben sich mehrere Vorteile – da jetzt die Antenne direkt am Chip verbunden ist, reduzieren sich die Symmetrieverluste und weisen nun eine um 1.5 dB höhere Empfängerempfindlichkeit sowie Senderleistung auf.
Jennic Datasheet JN5139 IEEE802.15.4 ZigBee Module Family
- Abbildung 2: PCB-Layout des Low-cost Refenzdesigns
Zum zweiten hat die PCB-Antenne einen maßgeblich höheren Antennengewinn als die damit ersetzte keramische Antenne (etwa 4 dBi gegenüber 1.5 dBi). Das liegt an der größeren Fläche des PCB-Designs und der daraus resultierenden höheren Abstrahleffizienz sowie am niedrigeren elektrischen Widerstand der PCB-Metalliserungsflächen im Vergleich zu den Sintermaterialien einer keramischen Antenne. Das Design wurde selbstverständlich auf Nebenabstrahlungen getestet und hält die Konformitätsanforderungen für die USA und Europa ein.
Für den Quarz hat Jennic eine Type mit HC49U SMD-Gehäuse verwendet mit einer Größe von etwa 12.5x3.7x4.2mm (L x B x H), die nur etwa die Hälfte eines vergleichbaren aber noch kleineren Quarzes kostet. Die größeren physikalischen Abmessungen des Resonators bringen auch bessere Performance – der äquivalente Serienwiderstand ist kleiner und damit ergibt sich auch geringeres Phasenrauschen und schnelleres Anstarten des Oszillators.
Das PCB-Layout des Referenzdesigns wurde auf einer zweilagigen Leiterplatte mit den Abmessungen 49 x 25 mm untergebracht einschließlich der für die Antenne notwendigen Fläche und damit die Kosten des Anwendungsboards auf ein Minimum reduziert. Zur Anwendung kommt das Standardmaterial FR4 mit 0.8 mm Stärke des Prepregs und 35μm Kupferbeschichtung.
Die Abbildung der Schaltung auf 2 Lagen ist vor allem da entscheidend, wo das Referenzdesign auf elektronischen Baugruppen im Low-Cost-Segment integriert werden soll und sich aus Kostengründen ein 4-Lagenboard verbietet.
Das Referenzdesign, mit allen Fertigungsunterlagen, ist auf der Jennic Support- Webseite unter www.jennic.com/support kostenlos verfügbar.
