Решение Bluetooth hid от STMicroelectronics

Компоненты и технологии, № 4'2003

Решение Bluetooth HID

от STMicroelectronics

28 января в Женеве компания STMicroelectronics представила первое на рынке полноценное решение для клавиатур и других устройств ввода, использующих стандарт HID (Human Interface Device — беспроводной интерфейс для подключения различных устройств), позволяющий подключаться к PDA, PC, сотовым платформам и пр. Построенное на радиочастотном приемопередатчике Bluetooth STLC2150, либо на узкополосном передатчике STLC2410 с программным обеспечением Bluetooth HID, новое решение от STMicroelectronics расширяет применение мобильных клавиатур, мышек, игровых приставок, которые все могут быть использованы для ввода данных под любой платформой. Следует отметить некоторые преимущества HID-решений перед традиционными беспроводными интерфейсными устройствами, например, беспроводной клавиатурой.

Игорь Лепихин

stm@gamma.spb.ru

Традиционная беспроводная клавиатура использует собственные протоколы, как на своей стороне, так и на стороне PC, ограничивая тем самым диапазон применения устройства лишь на систему point-to-point, где связана лишь пара устройств. В противовес этому, беспроводная клавиатура, построенная на основе Bluetooth HID, может взаимодействовать с любым устройством, поддерживающим данный стандарт. Таким образом, стандарт HID позволяет использовать беспроводное устройство для множественного применения. Другое важное преимущество клавиатур Bluetooth HID состоит в том, что им более не требуется специального приемопередатчика на хост-стороне, потому как Bluetooth реализовано как стандартное решение связи. И наконец, принимая во внимание эволюцию цены на компоненты Bluetooth, применение Bluetooth HID обещает быть наименее дорогостоящим решением для всех беспроводных интерфейсных устройств.

Компоненты STMicroelectronics для Bluetooth

STLC2410 — базовая станция для Bluetooth. Этот прибор построен на ядре Ericsson Bluetooth Core (EBC) и включает микроконтроллер ARM7TDMI. EBC реализует все низкоуровневые функции протоколов Bluetooth, а микроконтроллер поддерживает любые форматы данных Bluetooth. Вот некоторые характеристики, которыми обладает данное устройство.

• Базовая станция Bluetooth:

-поддержка до 7 управляемых устройств -голосовой канал, доступный через PCM-интерфейс

-PPEC, улучшенное качество голоса -кодирование и декодирование

• Радиоинтерфейс:

-однонаправленный интерфейс BlueRF RxMode2 -прямой интерфейс с STLC2150 -процессор ARM7TDMI — поддержка внешней тактовой частоты до 26 МГц

• Организация памяти:

- 64 кбайт оперативной памяти на чипе -программируемый интерфейс внешней памяти

• Тактовый генератор:

-встроенный PLL

-прямой или делимый тактовый вход

-до 16 линий ввода-вывода общего назначения

-режимы пониженного энергопотребления

• Последовательные интерфейсы:

-SPI

-2 канала 16540 USART -USB 1.1 со скоростью 12 Мб/с

- интерфейс быстрой шины I2C -программная поддержка — низкоуровневый

(до HCI) стек протоколов или встроенный стек с доступным профилированием -поддержка разработки — отладка по JTAG, системные платы и платы программаторов -корпус — 132-выводной TFBGA (8x8x1 мм 0,50) -диапазон температур: -40... +85 °С.

Структурная схема устройства приведена на рис. 1. Ядром базовой станции является встроенный контроллер, построенный на ядре ARM7TDMI, который служит для обработки команд, принятых от внешнего по отношению к базовой станции устройства, а также для управления интерфейсами и периферийными устройствами. Центральной шиной процессор соединен с постоянной и оперативной памятью, где, собственно, содержится прошивка системы и временные данные, необходимые для ее работы. К этой же шине подключен внешний интерфейс Flash-памяти,

Компоненты и технологии, № 4'2003

STLC2410 architecture overview

eg.

1,8 V flash family M28R400CT

Radio

STLC2150

Рис. 1

например M28R400CT, отладочный мост JTAG, шинный мост и аналоговая часть с соответствующим преобразователем. Шинный интерфейс является связующим звеном между шиной микросхемы и внешними шинами, посредством которых микросхема общается, например, с PC, а также со встроенными в микросхему периферийными устройствами, такими, как таймеры и WDG. К этому же шинному мосту подключены и встроенный контроллер прерываний, и общий системный контроллер. Аналоговый интерфейс и делает микросхему базовой станцией Bluetooth. Там находится модулятор, генератор радиочастоты, необходимые аналоговые фильтры и прочие устройства, необходимые для формирования требуемого радиосигнала. Через радиоканал и происходит общение микросхемы по протоколу Bluetooth.

Отличительной особенностью этой микросхемы является высокая степень интеграции компонентов на одном кристалле, что исключает необходимость применения внешних периферийных устройств. Также следует отметить гибкий интерфейс общения с «внешним миром». Существует возможность задействовать протокол USB, SPI, I2C и др. Ну и, конечно же, низкое энергопотребление среди микросхем аналогичной сложности также является ее несомненным преимуществом.

Все программное обеспечение вплоть до уровня интерфейса HCI включается в стандартный комплект поставки. Программное обеспечение протоколов более высокого уров-

ня, равно как и профилирование, поддерживается чипом STLC2410. Файлы можно запросить в STMicroelectronics, либо в компаниях, производящих аналогичную программную продукцию.

STLC2150 — это полноценный радиоприемопередатчик для применения на небольшом расстоянии (2 и 3 класс). STLC2150 использует low-IF, приемник для модулированных входных сигналов Bluetooth. Благодаря своей архитектуре и особой системе фильтрации не требует установки внешнего фильтра. Вместе с базовыми станциями STLC24xx, STLC2150 предлагает компактное и полное решение для беспроводной связи на коротких расстояниях для широкого круга приложений. С усилителем мощности STB7710 приемопередатчик STLC2150 удовлетворяет требованиям для передачи на большее расстояние (1 класс), например в бескорпусных телефонах или в домашней сети.

Основные технические характеристики STLC2150

• Полная совместимость с Bluetooth 1.1.

• Полный интегрированный однокристальный приемопередатчик с минимумом внешних компонентов.

• Соответствие радиопередающей аппаратуре 2 и 3 класса с возможностью регулировки мощности.

• Интегрированный на кристалле самокали-брующийся VCO.

• Чувствительность -79 дБм.

• Интегрированный ключ Rx/Tx.

• Напряжение питания: 2,7 и 3,3 В для ввода-вывода.

• Энергопотребление:

-режим приема — 40 мА -режим Standby — 10 мкА.

• Интерфейс со станцией:

-совместим с однонаправленным BlueRF

- прием данных: поддержка Rx Mode2 и Rx Mode2+.

• Последовательный интерфейс JTAG.

• Стандартная КМОП-технология.

• Стандартный корпус VFQFPN48 (7x7).

По сути, приемопередатчик STLC2150 является вещью в себе и не требует особенных доработок в периферии. На структурной схеме (рис. 2) показано подключение его для обеспечения приемлемой радиосвязи. Требуется лишь фильтр и цепи согласования для минимизации отражения в линии распространения волны. Устройством согласования может являться любое звено, преобразующее некоторый входной комплексный импеданс в вещественный импеданс 50 Ом. Предлагается устройство Soshin DBF70A, содержащие в себе устройство согласования и пассивные LC-фильтры. К нему уже подключается 50-омная антенна. Также для работы синхронных цифровых устройств микросхемы необходимо подключать кварцевый резонатор.

Также одним из преимуществ микросхемы является высокая интеграция устройств на кристалле. Здесь содержится и радиочастотная аналоговая часть для обеспечения радиоинтерфейса, и цифровая часть для обработки команд управления. Ну и конечно, выделяет микросхему среди аналогичных ее низкое энергопотребление.

Передающая секция выполнена с интегрированным GFSK-модулятором, за которым следует прямое преобразование-усиление, дающее выигрыш на выходе микросхемы до +3 дБ. Также доступно оптимальное управление мощностью. Сам же GFSK-модулятор полностью интегрирован и поддерживает цифровой вывод данных. Применение функции RSSI позволяет оптимизировать передающую мощность во время работы в сети Bluetooth.

STLC2400 интегрирует в себе радиочастотный приемопередатчик, цифровое ядро Bluetooth и микроконтроллер ARM7. Этот радиоприемопередатчик помимо голосового режима поддерживает 1, 3 и 5-слотовые битовые режимы передачи данных. Функции цифровой базовой станции построены на ядре EBC и микроконтроллере ARM7TDMI. Благодаря

Matching network + filter integrated in Soshin module further reduces component count

Рис. 2

Few passive externals Only 6 decoupling С + 2 С in case of X-tal

Soshin DBF70Axxx

STLC2415 = stacked STLC2410 + MR28R400CT

package = TFBGA 132 8x8x1,6; Pitch = 0,5 mm

4C

STLC

2415

Рис. 3

Class 4 =

pitch = width = 200 |jm no \i -via

e

Компоненты и технологии, № 4'2003

Baseband

STLC2410

Antenna

FLASH M28R400CT

Radio STLC2150

Рис. 4

гибкой системе управления памятью, STLC2400 подходит для широкого круга приложений Bluetooth со встроенными или подключаемыми модулями или архитектурами HCI или со встроенным программным обеспечением. Программное обеспечение от STMicroelectronics

основывается на стеке протоколов от Ericsson. В данный момент серийное производство STLC2400 еще не начато, но единичные образцы уже доступны. Серийное производство начнется в IV квартале 2003 года.

STLC2415 — это тоже новый продукт, доступность которого в данный момент ограничивается лишь единичными образцами. STLC2415 совмещает в себе базовую станцию и интегрированную на кристалле Flash-память (рис. 3). В сущности это более компактное решение для STLC 2410, так как новое устройство содержит сам STLC2410 и память MR28R400CT. Точно также как и STLC2410, STLC2415 при использовании усилителя мощности STB7710 позволяет создавать устройства 1 класса. Образцы доступны в корпусах TFBGA132.

Для упрощения разработки и отладки устройств Bluetooth HID компания

Mini-kit

Baseband :STLC2410

M28R400CTFLASH Рис. 5

Radio :STLC2150

STMicroelectronics представляет разработчика, такие как STLC2450 и Mini-kit. Каждый из них состоит из двух частей: интерфейсная часть и Bluetooth. В интерфейсную часть входит устройство сопряжения с PC. Доступны варианты с интерфейсами USB, RS232, SPI, I2C, а также существует возможность «отладки на кристалле» с применением интерфейсов JTAG и GPIO. Программное обеспечение, устанавливаемое на PC, позволяет произвести полную отладку разрабатываемого модуля, включая отработку команд и логическое тестирование.

Bluetooth-часть состоит из набора вышеперечисленных модулей Bluetooth от STMicroelectronics. Это радиоприемопередатчик STLC2150, базовая станция STLC2410 и Flash-память M28R400CT.

На каждый компонент имеется подробная документация.

Информация предоставлена компанией STMicroelectronics.