Текущая ситуация, сложившаяся на российском рынке электронных компонентов, характеризуется сложностью поставок и многократно выросшей стоимостью популярных изделий от западных производителей. В связи с этим отечественным разработчикам электроники зачастую приходится отказываться от применяемой ранее продукции и искать альтернативные решения. Многие из них, прежде всего, обращают свое внимание на компоненты некоторых китайских компаний, ранее хорошо зарекомендовавших себя в качестве надежных производителей. К таким компаниям относится и HopeRF, которая в течение многих лет предлагает широкий ассортимент интегральных схем и радиомодулей ISM и Bluetooth диапазонов, беспроводных “систем на кристалле” и датчиков различных физических величин.
Введение.
HopeRF – ведущий китайский разработчик и производитель радиочастотных интегральных схем, модулей и датчиков, ориентированных на применение в портативных беспроводных устройствах бытового и промышленного назначения, системах безопасности, сбора данных и мониторинга, интеллектуальных счетчиках расхода ресурсов, медицинской электронике, оборудовании связи и т.д. Основанная в 1998 году в городе Шеньчжень компания до 2010 года выпускала изделия по программе аутсорсинга, работая с такими известными производителями, как STMicroelectronics, Nordic, Semtech, Silicon Labs и др. В 2010 была введена в строй новая промышленная база площадью 30000 м2, оснащенная современным высокоточным оборудованием, и построен технопарк CMOSTEK в городе Уси, в котором расположился ряд подразделений, занимающихся исследованиями и проектированием собственной линейки продукции. Это позволило HopeRF стать компанией полного производственного цикла. В настоящее время HopeRF самостоятельно выполняет разработку, корпусирование, тестирование и калибровку микросхем и модулей, разрабатывает программное обеспечение и оказывает полную сервисную поддержку клиентов. Качество продукции HopeRF подтверждается международными сертификатами ISO 9001:2000 и FCC/ETSI, а профессиональная команда инженеров обеспечивает обновление ассортимента предлагаемых изделий в соответствии с требованиями рынка электронных компонентов [1]. В настоящее время HopeRF имеет более 2000 крупных заказчиков по всему миру.
Продукция HopeRF изготавливаются с применением запатентованной технологии NextGenRF, используемой для получения высококачественных смешанных аналоговых и цифровых микросхем. В номенклатуру изделий HopeRF входят:
- ИС и гибридные системы на кристалле для организации беспроводного канала связи в ISM и BLE диапазонах частот;
- Радиомодули на основе собственных микросхем и микросхем ведущих мировых производителей электроники, обеспечивающие передачу данных в сетях LoRaWAN, Wi-Fi, Bluetooth, NB-IoT, 4G-LTE;
- Цифровые изоляторы, датчики температуры, влажности и давления;
- Отладочные платы для наиболее популярных изделий и программаторы для конфигурирования параметров.
Радиочастотные микросхемы.
Данная категория продукции помимо интегральных приемников, передатчиков и приемопередатчиков включает в себя однокристальные решения, объединяющие в одном корпусе трансиверы и микроконтроллеры с различной архитектурой (таблица 1). Высокопроизводительные микросхемы семейства CMT разработаны компанией HopeRF для работы в нелицензируемых ISM диапазонах частот и рекомендованы для создания беспроводных устройств различного назначения.
Таблица 1 – Основные характеристики беспроводных ИС компании HopeRF.
Отличительные особенности передатчиков рассмотрим на примере ИС CMT2119AW. Данный бюджетный передатчик обеспечивает однонаправленную связь в диапазоне рабочих частот от 240 до 960 МГц. Поддерживает частотную модуляцию (FSK), частотную модуляцию с гауссовской огибающей (GFSK) и модуляцию включением/выключением несущей (OOK), обеспечивая максимальную скорость передачи данных 100 кбит/с. Мощность выходного усилителя может регулироваться в пределах от -10 до +13 дБм с шагом 1 дБм. Стабильные радиочастотные характеристики гарантируются в диапазоне рабочих температур от -40 до +85 °C. В активном режиме при выходной мощности +10 дБм и частоте 868,35 МГц передатчик CMT2119AW потребляет не более 27,6 мА (FSK) и 15,5 мА (ООК), в спящем режиме его потребление не превышает 20 нА. В качестве источника питания необходим стабилизатор напряжения с выходом 1,8-3,6 В. CMT2119AW оптимизирован для совместной работы с приемником CMT2219AW, доступен для заказа в стандартном миниатюрном корпусе SOT23-6. На рис. 1 приведена типовая схема его подключения. 
Рис. 1 – Типовая схема использования передатчика CMT2119AW.
Передатчик можно применять без предварительного конфигурирования, используя настройки по умолчанию (рабочая частота 868,35 МГц, модуляция FSK, девиация частоты 35 кГц, мощность выхода +13 дБм). При необходимости эти и ряд других параметров, могут быть изменены. Для корректировки “на лету” используется внешний микроконтроллер (DD1 на схеме), изменяющий содержимое специальных регистров при помощи двухпроводного интерфейса TWI. Начальные значения регистров копируются из EEPROM при подаче питания и не сохраняются при выключении передатчика. Второй способ подразумевает энергонезависимое хранение конфигурации, запись в ячейки EEPROM осуществляется при помощи предлагаемого USB программатора и бесплатной графической утилиты RFPDK. Данные действия применимы ко всем беспроводным компонентам HopeRF.
Рис. 2 – Упрощенная внутренняя структура передатчика CMT2119AW.
На рис. 2 показана упрощенная структура передатчика. Синтезатор частоты с ФАПЧ и дробным коэффициентом деления имеет разрешение 198 и 397 Гц для частот до и более 480 МГц соответственно. Кварцевый генератор подключается к выводу XTAL, для уменьшения количества внешних элементов конденсаторы являются встроенными, при этом доступны номиналы от 10 до 22 пФ с шагом 0,33 пФ, а требуемый элемент из множества выбирается программным способом. Полезные данные поступают на вход DATA. Блок регулировки длительности фронтов используется только при OOK модуляции.
У передатчика CMT2119AW есть старшая версия – CMT2119BW. Она отличается расширенным диапазоном рабочих частот (127-1020 МГц), регулируемой в пределах от -20 до +20 дБм выходной мощностью, наличием блока формирования пакета данных и SPI интерфейса.
Однотипные микросхемы CMT2110AW и CMT2117AW различаются между собой диапазонами несущих частот (240-480 и 240-960 МГц соответственно). Работающие только с OOK модуляцией и потребляющие 13-15 мА они хорошо подходят для устройств с батарейным питанием. По внутреннему строению, корпусному исполнению и основным характеристикам полностью повторяют передатчик CMT2119AW.
Все микросхемы из серий CMT216xxx и CMT218xxx обладают встроенным вычислительным ядром. Однокристальные решения, не требующие использования дополнительного управляющего блока, представляют собой готовые беспроводные узлы для сетей сбора данных. OOK передатчики CMT2180BW и CMT2189BW, выполненные в корпусах для планарного монтажа SOP-14, рассчитаны на эксплуатацию в частотных диапазонах 312-480 и 240-960 МГц. Максимальная скорость передачи достигает 40 кбит/с. Помимо 8-разрядного RISC контроллера они содержат 14 кбайт flash памяти программ (28 кбайт у CMT2189BW), 2 кбайт EEPROM и 512 байт оперативной памяти (1 кбайт у CMT2189BW), до восьми входов/выходов общего назначения, таймеры и интегрированные кварцевые генераторы на частоты 16 МГц и 32,768 кГц, поддерживают программирование и отладку в режиме реального времени. Набор инструкций совместим с контроллерами семейства PIC16. Новинка CMT2189DW изготовлена на базе микроконтроллера семейства 8051, производительность которого достигает 24 MIPS. ИС обладает достаточно богатой для данного типа продукции периферией, включающей в себя таймеры, часы реального времени, многоканальный 12-битный АЦП, интерфейсы UART и SPI. Радиочастотный блок в дополнение к OOK работает с FSK модуляцией, нижняя граница диапазона частот уменьшена до 27 МГц, мощность выхода варьируется от 0 до +13 дБм. Микросхемы субгигагерцового диапазона CMT2163AW и CMT2168AW, также изготавливаемые с применением ядра 8051, характеризуются наличием блока низкочастотного приемника, работающего на частотах 20-200 кГц. Данная особенность может быть полезна при взаимодействии с RFID метками LF диапазона. Также передатчики содержат аппаратный генератор случайных чисел и поддерживают стандарт шифрования AES-128, что подходит для применений, требующих кодирования данных. Корпуса TSSOP-28 и QFN-32 позволяют увеличить количество входов/выходов общего назначения до шестнадцати. Собственное потребление при максимальной выходной мощности не превышает 18 мА.
Передатчики серии CMT215xxx дополнительно снабжены встроенным кодером, поддерживающим распространенные протоколы кодирования 527, 1527, 1920, 2240 и 2260. Они рекомендованы для применения в системах пожарной и охранной сигнализации, устройствах бесключевого доступа и т.д. В связке с ними работают приемники серии CMT225xxx, содержащие соответствующие декодеры. Микросхемы CMT2156AW и CMT2159AW также содержат модуль сбора энергии от различных источников окружающей среды, например, от вибрации или тепла. Выходное напряжение от встроенных в модуль преобразователей служит для питания узлов микросхемы.
Группа интегральных ISM приемников HopeRF состоит из 13 моделей. OOK приемники CMT2210xxx и CMT2217xxx предназначены для использования в диапазонах частот 300-480 и 300-960 МГц соответственно. Обеспечивают чувствительность на уровне -113 дБм и отличаются низким энергопотреблением (не более 5,2 мА). Для заказа доступны микросхемы в двух вариантах корпусного исполнения – QFN-16 и SOP-8 (буква L в наименовании). Типовая схема применения показана на рис. 3. Все основные характеристики радиоканала являются программно настраиваемыми и могут изменяться путем использования SPI интерфейса. Для согласования входа приемника с различными антеннами требуется минимум пассивных компонентов.
Рис. 3 – Типовая схема использования приемников CMT2210/17AW.
ИС CMT2210xxx и CMT2217xxx относятся к супергетеродинным радиоприемникам с низкой промежуточной частотой (рис. 4). Входной сигнал поступает на малошумящий усилитель (МШУ), цепь автоматической регулировки усиления служит для повышения линейности, избирательности и чувствительности приема. Синфазная и квадратурная составляющие сигнала промежуточной частоты, полученного в смесителе, поступают на фильтр третьего порядка, обеспечивающего избирательность по зеркальному каналу 35 дБ. Несколько каскадов логарифмических усилителей необходимы для получения уровня сигналов, достаточного для последующей демодуляции. Блок RSSI с динамическим диапазоном 66 дБ представляет собой индикатор уровня мощности принимаемого сигнала. Оцифровка показаний RSSI выполняется при помощи 8-битного АЦП последовательного приближения.
Демодулированный сигнал доступен на выводе DOUT. Синтезатор частоты с ФАПЧ и дробным коэффициентом деления обеспечивает сетку частот с разрешением 24,8 Гц. Является полностью интегрированным, за исключением индуктивности колебательного контура ГУН, подключаемой к выводам VCON и VCOP.
Рис. 4 – Упрощенная внутренняя структура приемников CMT2210/17AW.
Отдельно в данной серии стоит отметить приемник CMT2210LHW, способный функционировать в двух диапазонах напряжений питания (2-3,6 и 3-5,5 В) и CMT2210LCW, не имеющий встроенной EEPROM и работающий с предустановленными при производстве настройками на частотах 315 или 433,92 МГц (в зависимости от номинала кварцевого резонатора).
ИС CMT2219AW и CMT2219BW с диапазонами рабочих частот 300-960 и 127-1020 МГц имеют аналогичную структуру. Кроме того, они поддерживают обработку пакетов данных, включая их декодирование, и содержат дополнительные выводы общего назначения. Чувствительность приема достигает -121 дБм, а пропускная способность составляет 300 кбит/с.
Интегральные трансиверы HopeRF объединяют ранее рассмотренные функциональные узлы приемников и передатчиков. Основным их отличием является использование в дополнение к FSK и OOK модуляциям, частотной модуляции с минимальным частотным сдвигом (G)MSK. ИС CMT2300AW обеспечивает связь в диапазоне несущих частот от 127 до 1020 МГц, имеет чувствительность -121 дБм (при скорости передачи данных 2 кбит/с) и мощность передатчика от -20 до +20 дБм. Передающий блок способен работать в потоковом (прямом) или в пакетном режимах. В первом случае полезные данные, поступающие на вход DIN, сразу посылаются в эфир, во втором они накапливаются в буфере и отправляются только после формирования пакета. Аналогичные режимы имеет приемная часть трансивера. Здесь демодулированные данные либо сразу доступны на выводе DOUT, либо декодируются при помощи встроенного обработчика пакетов и считываются по SPI интерфейсу.
Каждая микросхема серии CMT2380Fxxx получена путем объединения на одном кристалле трансивера CMT2300AW и микроконтроллеров с различной архитектурой. ИС CMT2380F32W, изготавливаемая с применением 32-битного процессорного ядра Cortex-M0+, содержит 32 кбайт flash памяти (с защитой от стирания), 4 кбайт оперативной памяти, богатый набор периферии, имеет гибкие схемы тактирования и управления питанием. Максимальное потребление составляет 72 мА (при выходной мощности передатчика +20 дБм и частоте 433 МГц), в режиме глубокого сна оно не превышает 0,5 мкА. В качестве источников тактовых импульсов могут использоваться как внешние кварцевые резонаторы (4-32 МГц и 32,768 кГц), так и встроенные (4/8/16/22/24 МГц и 32,8/38,4 кГц).
Из периферии можно отметить 16 входов/выходов общего назначения, три многофункциональных 16-битных таймера/счетчика, сторожевой таймер, часы реального времени, коммуникационные интерфейсы (3 UART, I2C и SPI), два компаратора и 12-битный АЦП с быстродействием 1 Мвыборок/с. Предназначенная для эксплуатации в диапазоне рабочих температур от -40 до +85 °С микросхема выпускается в корпусе QFN-40 с размерами 5×5 мм. Микросхема CMT2380F64W на базе 32-разрядного ядра Cortex-M0 имеет удвоенный по сравнению с CMT2380F32W размер постоянной и оперативной памяти, расширенный набор периферийных узлов, и доступна в двух вариантах корпусного исполнения (QFN-40 и QFN-48). CMT2380F16W и CMT2380F17W производятся на основе 8-битного ядра 8051.
Отличительной особенностью трансивера CMT2310AW является использование методов модуляции 2 (G)FSK и 4 (G)FSK, что позволяет повысить пропускную способность до 1000 кбит/с. Микросхема, позиционируемая для применения в диапазоне частот 113-960 МГц, имеет аппаратную поддержку обработки пакетов (детектирование синхрослова, автоматический подсчет контрольной суммы) и буферизации данных (FIFO буферы по 128 байта на прием и передачу). Наилучшие показатели чувствительности -122 дБм достигаются при скорости передачи данных 2,4 кбит/с на частоте 433,92 МГц.
Каждая микросхема семейства CMT45xxx представляет собой высокоинтегрированную “систему на кристалле” (SoC), обладающую аппаратной поддержкой стандарта Bluetooth Low Energy (BLE). Реализация BLE стека и пользовательских приложений обеспечивается интегрированным в чипсет микроконтроллером с популярным ядром Cortex M0, размеры встроенной памяти варьируются в зависимости от модели. Например, CMT4502W содержит 512 кбайт flash памяти, 128 кбайт предварительно запрограммированного ПЗУ для системных функций и 138 кбайт ОЗУ с возможностью сохранения данных в режиме сна (рис. 5).
Рис. 5 – Внутренняя структура ИС CMT4502W.
Периферия представлена восемью каналами 12-битного АЦП, шестью каналами ШИМ, четырьмя каналами I2S, двумя каналами I2C и SPI, интерфейсами UART и JTAG. Микросхема может работать в режимах подчиненного устройства и мастера, также предусмотрена аппаратная поддержка функций SIG-Mesh, обеспечивающая эффективную работу в составе Mesh сетей с сохранением низкого энергопотребления. Беспроводной трансивер с несущей частотой 2,4 ГГц использует в основном OQPSK – квадратурную фазовую манипуляцию со сдвигом. Чувствительность приема составляет не менее -103 дБм при скорости 125 кбит/с, максимальная выходная мощность достигает +10 дБм. Величина тока потребления в режиме постоянного приема принимает значение 6,7 мА, а в режиме передачи – 7 мА. Максимальная скорость передачи полезных данных – 2 Мбит/с. Для удобства использования радиочастотная часть ИС имеет внутренний переключатель и обеспечивает работу с 50-Омной антенной, подсоединенной к единственному выводу без дополнительных цепей согласования импеданса. Микросхема выполнена в миниатюрном корпусе QFN-32 и сохраняет работоспособность в индустриальном диапазоне температур.
Радиочастотные модули.
Беспроводные модули являются оптимальным решением в случае мелкосерийного производства, когда стоимость и время разработки готового изделия должны быть минимальными. В таблице 2 приведены основные характеристики предлагаемых в настоящее время модулей HopeRF.
Таблица 2 – Основные характеристики беспроводных модулей компании HopeRF.
Все устройства производятся в виде печатной платы с установленными на ней компонентами и разъемами для подключения к внешним цепям. Основные рабочие характеристики определяются используемыми чипами. Для каждого наименования доступно несколько моделей, рассчитанных на работу на заданной рабочей частоте. Пассивная обвязка, включающая в себя все необходимые частотно-зависимые элементы, служит для согласования антенны и входа микросхемы. Модули полностью соответствуют требованиям регламентирующих стандартов ETSI, FCC, ARIB и сохраняют работоспособность в диапазоне температур 40…+85 °C.
Модули ISM диапазонов частот выпускаются преимущественно на основе собственных радиочастотных ИС серии CMT. Производителем предлагается широкий ассортимент устройств, различающихся топологией, типами кварцевых резонаторов (для планарного или сквозного монтажа), наличием/отсутствием антенн, входных/выходных разъемов и экранирования, способом установки на печатную плату (вертикально или горизонтально) и т.д. Внешний вид некоторых модулей приведен на рис. 6.
Рис. 6 – Внешний вид некоторых ISM модулей.
В последнее время особую популярность приобретают малопотребляющие сети передачи данных LoRaWAN, объединяющие компактные устройства с большим радиусом действия. На физическом уровне в их основе лежит использование метода модуляции LoRa, представляющего собой разновидность метода расширения спектра путем линейно-частотной модуляции (ЛЧМ). Технология LoRa позволяет получить рекордные показатели бюджета канала связи за счет значительного повышения чувствительности приемника и отличается устойчивостью к канальным шумам, вызванным неточностями в настройке частот при использовании недорогих опорных кварцевых резонаторов.
При изготовлении LoRa модулей HopeRF используются чипы на основе трансиверов серий SX127x, SX126x и SX128x, поставляемых компанией Semtech. Например, RFM95TW – модуль на базе приемопередатчика SX1276 с чувствительностью -148 дБм и максимальным уровнем выходной мощности +20 дБм обеспечивает бюджет канала связи 168 дБ. При этом собственное потребление не превышает 10,3 мА в режиме приема и до 120 мА в режиме передачи. Модуль обладает достаточно хорошими селективными свойствами. Он обеспечивает подавление помех по соседнему каналу не менее 50 дБ, по зеркальному каналу до 57 дБ, что в сочетании с отличными показателями по интермодуляционным искажениям третьего порядка (-12,5 дБм) позволяет получить устойчивое и надежное решение для эксплуатации в самых трудных условиях, в том числе при высоком уровне канальных помех и плотном размещении узлов. Помимо LoRa модуль поддерживает типы модуляции FSK, GFSK, MSK, GMSK и OOK, выбор конкретного метода основывается на компромиссе между пропускной способностью канала и требуемой дальностью связи. RFM95TW соответствует требованиям WMBus, IEEE 802.15.4g и ряда других регулирующих стандартов. Его размеры составляют всего 16×16 мм.
Еще более высокую степень интеграции демонстрируют компактные модули RFM6501W и RFM6601W (рис. 7). Представляют собой однокристальное решение, объединяющее вычислительное ядро и трансивер SX1262, размещенное на двухслойной печатной плате со всей необходимой обвязкой (стабилизаторами напряжения, кварцевым резонатором, согласующими цепями, антенным переключателем). Позиционируются для использования в качестве готовых узлов LoRaWAN сети [2].
RFM6501W содержит 32-разрядный микроконтроллер Cypress PSoC4100s Plus с архитектурой Cortex M0+ и широким спектром периферийных блоков. Модуль выпускается в трех модификациях в зависимости от частотного диапазона: 470, 868 и 915 МГц. Чувствительность приемника зависит от параметров канала и может достигать -137 дБм при коэффициенте расширения спектра SF = 12 и ширине полосы пропускания 125 кГц, мощность передатчика программируется в пределах от -1 до +22 дБм. Для питания RFM6501W необходим источник напряжения постоянного тока с выходом 2,4-3,7 В, для снижения собственного потребления предусмотрены несколько режимов энергосбережения. Модуль управляется AT-командами через UART, также существует возможность подключения I2C устройств (например, внешней памяти и различных датчиков). Аналогичное строение имеет модуль RFM6601W, построенный с применением микроконтроллера на ядре Cortex M4. Отличается наличием дополнительной модели, рассчитанной на работу на 433 МГц и защитным экранированием всех узлов.
Рис. 7 – Внешний вид некоторых LoRa модулей HopeRF.
Bluetooth модули HM-BT4502 и HM-BT4502B, базирующиеся на BLE микросхеме CMT4502, в основном различаются топологией и габаритными размерами [3]. Работают на несущей частоте 2,4 ГГц, используя метод модуляции GFSK. Характеристики модулей определяются используемым чипсетом и программным обеспечением, реализующим верхний уровень протокола управления и обмена данными между модулем и пользовательским устройством. Для каждого из них доступны экранированный и неэкранированный вариант исполнения. Из конструктивных особенностей можно отметить наличие разведенной на печатной плате антенны. При напряжении питания 3 В ток потребления в режимах приема и передачи пакетов не превышает 8 мА, а в режиме сна – не более 4 мкА. Модули обладают гибкостью применения, при помощи AT команд и интерфейса UART настраиваются интервал соединения, скорости передачи данных, длина пакета, мощность передатчика и т.д. Экранированный модуль HM-BT220X поддерживает стек BLE протоколов от 4.x до 5.2.
Назначение радиоповторителей интерфейсов – организация прозрачного двунаправленного канала обмена данными. Предлагаемые модули обеспечивают преобразование полученных беспроводным способом данных в сигналы, совместимые с уровнями TTL логики или, после соответствующих схем согласования, в сигналы широко распространенных промышленных интерфейсов RS-232 и RS-485. В рамках серии HM-TRLR-DW доступно 12 радиомодулей, рассчитанных на четыре несущие частоты (433/470/868/915 МГц) и три типа полезных сигналов (TTL/RS-232/RS-485). В качестве управляющей ИС применяется контроллер серии MSP430. Радиоканал использует модуляцию типа LoRa, (G)FSK или OOK, в лучшем случае обеспечивается чувствительность приема -139 дБм и мощность передачи +20 дБм, скорость обмена данными изменяется программно в пределах от 1,2 до 115,2 кбит/с. Модули HM-TRLR-SW не имеют преобразователя уровней и работают только с TTL сигналами. Серии HM-TRP-RS232 и HM-TRP-RS485 специально адаптированы для работы с полнодуплексными интерфейсами RS-232 и RS-485. Для подключения к линиям данных они снабжены девятивыводным разъемом D-Sub и 4-х контактным клеммником с винтовыми зажимами соответственно (рис. 8).
Рис. 8 – Внешний вид радиоповторителей интерфейсов компании HopeRF.
Цифровые изоляторы.
Микросхемы цифровых изоляторов обеспечивают устойчивые гальванически разделенные каналы передачи данных. Каждый канал изоляторов работает аналогично оптрону, но вместо светового потока использует модулированный радиосигнал. По сравнению с оптронной развязкой цифровые изоляторы в несколько раз компактнее, меньше зависят от температуры окружающей среды и питающих напряжений, а также имеют более высокое быстродействие и низкое собственное потребление. Входной сигнал модулируется несущей частотой радиочастотного генератора, используя метод амплитудной манипуляции (ООК), где сигнал логической единицы определяется наличием радиосигнала, а сигнал логического нуля – его отсутствием. В качестве изоляционного барьера используется диоксид кремния (рис. 9). Малая мощность сигнала исключает взаимное влияние каналов между собой. Воздействие электромагнитных помех и синфазного шума не искажает передаваемый сигнал благодаря дифференциальной передаче радиосигнала. Типовая схема включения цифрового изолятора содержит два источника питания, один из которых находится на стороне передатчика, а другой на стороне приемника.
Рис. 9 – Упрощенная структура одного однонаправленного канала цифрового изолятора.
Номенклатура цифровых изоляторов HopeRF включает в себя тридцать моделей, различающихся количеством каналов, типом корпусного исполнения, рейтингом напряжения и т.д. В зависимости от типа корпуса, электрическая прочность изоляции составляет 5 кВ (для широких корпусов SOIC) или 3,75 кВ (для узких). Суффикс x в наименовании отвечает за тип корпусного исполнения. Также устройства различаются конфигурацией каналов. Например, у микросхем CMT8040x присутствуют четыре прямых канала (конфигурация 4/0), у CMT8041x – три прямых и один обратный канал (конфигурация 3/1), у CMT8042x – два прямых и два обратных (конфигурация 2/2). Широкий диапазон напряжения питания 2,5…5,5 В, высокая скорость передачи данных, достигающая 150 Мбит/с и малое время задержки сигнала (9 нс) позволяют использовать данные устройства в высокоскоростных системах передачи данных. Собственное энергопотребление не превышает 1,8 мА на каждый канал при скорости 1 Мбит/с. Все микросхемы имеют сертификаты соответствия стандартам UL, VDE, CSA, TUV и CQC. В таблице 3 приведены их основные параметры.
Таблица 3 – Основные характеристики цифровых изоляторов компании HopeRF.
Отдельно нужно отметить ИС CMT8100x и CMT8101x, рекомендованные для развязки сигналов I2C, SMBus и PMBus интерфейсов. Их основное отличие заключается в том, что каждый канал является двунаправленным. Наличие в маркировке данных микросхем суффикса Q означает, что данный прибор соответствует требованиям стандарта AEC-Q100 и предназначен для использования в автомобильной электронике при допустимых температурах эксплуатации от -40 до +125 °C.
Цифровые датчики.
Данная группа продукции представлена датчиками атмосферного давления (барометрами) и датчиками влажности и температуры, доступными для заказа в виде микросхем или миниатюрных модулей (рис. 10). Их основные характеристики показаны в таблицах 4 и 5.
Рис. 10 – Внешний вид некоторых цифровых датчиков компании HopeRF.
Таблица 4 – Основные характеристики датчиков атмосферного давления HopeRF.
HP206C – прецизионный водозащищенный MEMS датчик, способный измерять атмосферное давление в диапазоне от 300 до 1200 мбар и температуру окружающей среды в пределах от -40 до +85 °С. Также он может работать в режиме альтиметра, определяя расположение объекта над поверхностью земли. Высота рассчитывается по запатентованному алгоритму на основе полученных значений давления и температуры, ее разрешение составляет 10 см. В состав HP206C входят емкостной измерительный мост, датчик температуры, усилитель с программируемым коэффициентом, 24-разрядный АЦП, блок цифровой обработки сигналов, энергонезависимая память размером 128 байт, интерфейсный блок, а также встроенный стабилизатор напряжения. Выходные данные можно считать путем использования интерфейса I2C. Датчик выдает результат либо в виде “сырых” данных, либо пересчитанных в реальные величины (мбар, °C), устраняя необходимость дальнейшей обработки. Формат выходных данных настраивается при помощи внутренних регистров. Также они позволяют задать нижние и верхние пороги всех измеряемых величин и включить аппаратные прерывания по выходу значений за установленные пределы. После изготовления датчик проходит индивидуальную калибровку в заводских условиях, калибровочные коэффициенты заносятся в ПЗУ микросхемы.
Датчики HP303x содержат дополнительный FIFO буфер, способный хранить до 32 значений измерений, что снижает нагрузку на внешний контроллер. Об окончании результатов измерений можно узнать по выставленному биту в регистре статуса или по изменению уровня на внешнем выводе SDO. Взаимодействие с контроллером возможно по интерфейсам I2C или SPI.
Таблица 5 – Основные характеристики датчиков влажности и температуры HopeRF.
Датчики относительной влажности и температуры HopeRF включают в себя как микросхемы (T06 и T09), так и низкопрофильные модули с шагом выводов 2,54 мм. Точность измерения температуры достигает ±0,15 °C, а влажности – до ±2,0% RH. Имеют схожее с датчиками давления строение. Например, TH06 состоит из сенсорных элементов, АЦП, ИОН, блока цифровой обработки, памяти для хранения калибровочных коэффициентов и интерфейса I2C. Все датчики характеризуются низким собственным потреблением и долговременной стабильностью результатов.
Заключение.
Предлагаемая компанией HopeRF линейка продукции характеризуется отличными функциональными возможностями и большим разнообразием доступных моделей. Подробная техническая англоязычная документация, оценочные комплекты для наиболее популярных изделий, программные утилиты для настройки параметров – все это способствует повышению скорости внедрения устройств HopeRF в свои разработки.