Mit 15mA auf Sendung
Jennics neuer „Wireless Microcontroller“
JN5148Drahtlose lokale Netze haben sich in den letzten Jahren technisch und ergonomisch rasant entwickelt und sind mittlerweile unverzichtbarer Bestandteil mobiler und ortsfester TCP/IP-Infrastrukturen geworden. Etwas weniger im öffentlichen Fokus stehen die Netzwerke der industriellen Automatisierungstechnik und des Gebäudemanagements, üblicherweise WSNs - Wireless Sensor Networks - genannt. Mit dem JN5148 hat Jennic vor Kurzem die dritte Generation seines Wireless Microcontrollers vorgestellt, der sich mit deutlich reduziertem Stromverbrauch und einem Übertragungsbudget von fast 100 dB auf der Luftschnittstelle als idealer Building-Block für derartige Anwendungen empfiehlt.
JN5148, die dritte Generation
- Blockdiagramm des Wireless Microcontrollers JN5148
Jennics neuer JN5148 mit niedrigstem Stromverbrauch und höchster Speicherdichte aller Wireless Single-Chip Mikrocontroller am Markt, ergänzt mit einer innovativen „time-of-flight“ Reichweiten-Engine, ermöglicht die Entwicklung drahtloser ➼ Mesh-Netzwerkkomponenten der nächsten Generation für batteriebetriebene Anwendungen mit hohen Datenaufkommen. So verbraucht der Chip im „Deep-Sleep“-Modus nur 0.1 μA, 1.1 μA sind es im normalen Sleep-Modus mit aktiviertem Wake-On-Timer oder Wake- On-IO und 2.5 μA für Wake-On-X mit gleichzeitiger Sicherung des RAM-Inhaltes. Nachdem der Chip bis zu einer minimalen Versorgungsspannung von 2 Volt arbeitet (max 3.6 V), lässt er sich perfekt mit einer Knopfzelle betreiben und kann diese auch noch weitestgehend vollständig ausnutzen.
Im Betrieb erreicht der JN5148 eine Stromaufnahme von 18 mA beim Empfangen und 15 mA beim Senden von Daten mit +2.5dBm Leistungspegel, das ist typischerweise 35% weniger als der Verbrauch herkömmlicher Lösungen.
Mit 128 kByte ROM, 128 kByte RAM und verbesserter Code-Effizienz verfügt der JN5148 über ausreichend Speicher, damit Entwickler ihre eingebetteten Anwendungen zusammen mit dem Protokollstack in einen Chip integrieren können. Das IC kann aber auch als Co-Prozessor eingesetzt werden und ergänzt dann bereits bestehende Systeme um die ZigBee PRO Funktionalität. Neben ZigBee PRO unterstützt das SoC weitere Protokolle, grundsätzlich natürlich 802.15.4 als Basisprotokoll, des weiteren 6LoWPAN und schließlich das Jennic-Protokoll JenNet.
Obwohl WPAN, also 802.15.4, nur eine Übertragungsrate von 250 kbit/s spezifiziert, ist der JN5148 hier leistungsfähiger und durch Aktivierung sog. „Enhanced Data Rate Modes“ (z.B. für Audioanwendungen) können Übertragungsgeschwindigkeiten von 500 und 667 kBit/s erzielt werden.
Mit einer programmierbaren CPU Taktgeschwindigkeit von 4 .. 32 MHz und dem Einsatz von 5 voneinander getrennten Versorgungs- Domänen lässt sich der JN5148 fl exibel an die gesamte Palette der Applikationen anpassen, angefangen von Low-Power, mit Batterie betriebenen Netzwerken bis hin zu prozessintensiven Systemen mit hohem Datendurchsatz. Die neue, patentierte „Time-of-Flight“ Reichweiten-Engine, mit nur geringen Zusatzkosten in den SoC integriert, revolutioniert Netzwerk-Lokalisierungs-Dienste, in dem es deutlich bessere Genauigkeit gegenüber reinen Feldstärke-basierten Implementierungen liefert.
Lokalisierung
Die TOF-Engine kann die Laufzeit von Funksignalen zwischen 2 Nodes ermitteln und damit eine deutlich genauere Angabe zur Distanz zweier Stationen liefern als die bislang verwendeten Verfahren, die auf den RSSI-Wert setzen, also auf den Pegel empfangener HF-Energie. Vor allem bei größeren Entfernungen liefert die RSSI-Methode erhebliche Fehler, 50% bei 100 m sind da schon mal möglich. Der TOF-Ansatz dagegen hat einen Fehler von etwa +/- 3 m und das auch bei Entfernungen zwischen 2 Knoten von beispielsweise 200m.
- Das Time-of-Flight Verfahren liefert recht genaue Ergebnisse zur Bestimmung der Distanz zwischen 2 Knoten
RISC-Core und Peripherie
Im JN5148 integriert ist eine extrem leistungsfähige 32-bit RISC CPU sowie „Mixed-Signal“ Peripheriekomponenten und natürlich einen IEEE802.15.4, 2.4GHz Transceiver. Das 98 dB Link-Budget und wählbare Übertragungsmodi mit hohen Datenraten ermöglichen Indoor-Anwendungen bis etwa 50 Meter Distanz während die 128 bit AES-Verschlüsselung gleichzeitig ein hohes Maß an Sicherheit gewährleistet Neue Features:
● JTAG Hardware Debug-Port
● 2 Low-Power Impulszähler
● 4-Draht Digital Audio Interface (I²S)
● Zufallsgenerator
● Sample-FIFO für I2S oder ADC/DAC
● I²C Slave-Mode Derzeitige Features
● Master SPI-Port, 2 UARTs, I2C
● 3 Timer/Counter
● 2 Sleep Timers / 1 Tick-Timer
● Slave SPI-Port für Intelligent Peripheral Mode
● 21 General-Purpose-I/Os
● 4-Channel ADC, 2-Channel DAC (12-bit)
● 2 Analoge Komparatoren
- JN5148 Standard-Power Modul, hier montiert auf einen Steckadapter für das Jennic Evalkit. Über das kurze uFL-Kabel wird die Umsetzung auf die SMA-Buchse realisiert, auf die eine Stummelantenne geschraubt werden kann
Zur Implementierung bedarf es nur weniger externer Komponenten – Quarz, Serial- FLASH und eine Handvoll passiver Bauelemente mit BOM-Kosten von weniger als 50 US-Cents reichen für ein funktionierendes Design, die Antenne kann als Kupferstruktur in der Leiterplatte realisiert werden.
Die erste Version des JN5148 wird zusammen mit dem Jennics ZigBee PRO Stack angeboten und unterstützt mit einer umfangreichen Palette von Evaluierungsund Entwicklungs-Kits sowie Referenz- Designs, Source-Code-Beispielen und einem Online Entwickler-Forum.
Für Projekte mit kleineren Stückzahlen, bei denen sich die eigene Baugruppenentwicklung mit der Notwendigkeit zur CE/ FCC-Zertifizierung nicht rechnet, bietet Jennic vollständig integrierte Module, getestet und zertifi ziert in 3 Varianten, 2 davon mit Standard-Power (TX-Power +2.5dBm) und eine High-Power-Variante mit +20 dBm Sendeleistung für immerhin 4 km Distanz im Freifeld. Die beiden Standard-Power- Module wiederum können mit integrierter PCB-Antenne oder mit uFl-Connector bezogen werden
- JN5148 Controller-Board des Evalkits mit großem LCD-Display
Wireless Networking Protokolle
Der IEEE802.15.4 Media-Access- Controller (MAC) und weitere Elemente des Wireless-Networking Protokoll-Stacks sind im ROM des Controllers fest gespeichert. Der kumulative Speicher im JN5148 beträgt 256 kByte und durch effiziente Code-Nutzung ist das ausreichend für einen vollständigen ZigBee PRO Stack und genug Platz für Anwendungen. Derzeit unterstützte Protokolle sind IEEE 802.15.4 und ZigBee PRO, zukünftig kommen außerdem 6LoWPAN und Jennics hauseigenes Protokoll JenNet hinzu. Für Anwendung mit großen Stückzahlen besteht die Möglichkeit, durch ROMMasken kundenspezifische Firmware zu integrieren und dadurch Kostenvorteile zu erzielen.
