Bluetooth-Low-Energy- und ANT+ Chips Reichweite verdreifacht, Stromaufnahme halbiert

Svenn-Tore Larsen, CEO von Nordic Semiconductor: "Die neuen 2,4-GHz-Baustein-Familien stellen Meilensteine für Bluetooth, ANT+ und proprietäre Desings dar."
Svenn-Tore Larsen, CEO von Nordic Semiconductor: "Die neuen 2,4-GHz-Baustein-Familien stellen bezüglich Stromaufnahme, Reichweite und Rechenleistung neue Meilensteine für Bluetooth-Low-Energy-, ANT+ und proprietäre Desings dar."

Vor allem in Bezug auf Rechenleistung, minimale Stromaufnahme, Software und erheblich vergrößerte Reichweite hat der in Norwegen beheimatete Kommunikationstechnik-Bauelemente-Konzern Nordic Semiconductor mit einer neuen 2,4-GHz-Bluetooth- und 2,4-GHz-ANT-plus-Chipfamilie einen neuen Technologie-Maßstab gesetzt.

Die neue auf den 2,4-Gigahertz-Markt zugeschnittene Chip-Serie trägt die Typenbezeichnung nRF51, und innerhalb dieser Reihe wurden von dem auf Ultra-Low-Power-Architekturen spezialisierten Unternehmen zwei Chip-Derivate vorgestellt: der nRF 51822, ein Multi-Protokoll-Bluetooth-Low-Energy-Single-Chip für äußerst geringe Stromaufnahme sowie der nRF 51422, ebenfalls ein Single-Chip-SoC, der jedoch auf die ANT-/ANT plus-Protokolle zugeschnitten ist.

Verfügbar ist übrigens auch eine Chip-Variante, die weder auf Bluetooth noch auf ANT programmiert ist, sondern die bezüglich der Software- und Protokoll-Ausstattung vom Anwender völlig frei mit proprietärer Software definierbar ist. Bei dieser proprietären Chip-Version hat man übrigens auch vollen externen Modifikations-Zugriff auf alle verfügbaren Betriebsarten und Eigenschaften des HF-Teils.

Allen Bausteinen gemeinsam ist ein identisches Pin-Layout, ein hauptsächlich durch intelligente Softwaresteuerung auf sehr geringe Leistungsaufnahme zugeschnittenes Multiprotokoll-HF-Teil und ein ebenfalls auf sehr geringen Stromverbrauch bei dennoch höchster Rechenleistung ausgelegter 32-Bit-ARM-Cortex-M0-Prozessor. Dieser kann übrigens auch zur Leistungs-Optimierung sehr rasch in einen Sleep-Modus versetzt werden und aus diesem innerhalb von 2,5 µs wieder zur vollen Aktivität gebracht werden.

Die Design-Ergebnisse vor allem bezüglich der software-gesteuerten Stromspar-Betriebsarten führen insgesamt, so das Unternehmen, zu einer durchschnittlich um 50 % niedrigeren Leistungsaufnahme, das Ganze konzipiert für eine Stromversorgung bis herab zu 1,75 V. Auf diese Weise können auch Knopfzellen bis zu dieser Minimal-Spannung hinab gut ausgenutzt werden, was letztlich die Betriebsdauer des Gerätes erheblich verlängert.

Zu den Technologie-Pluspunkten zählt nicht zuletzt auch die neue Software-Architektur der Bausteine, die eine sehr wirkungsvolle Trennung zwischen dem jeweiligen Protokoll-Stack und der Applikations-Software ermöglicht. Diese Trennung ermöglicht dem Anwender eine klare Separierung und damit Sicherung der Applikations- und Betriebs-Software-Bereiche. Ein weiterer Pluspunkt ist, dass dadurch die Integration von Anwender-Software erheblich einfacher, schneller und fehlerfrei wird.

Das Multiprotokoll-HF-Teil konnte von den Entwicklern zusammen mit der zugehörigen Software so konzipiert werden, dass die Umschaltung von HF-Parametern (z.B. Sendeleistung) und anderen Betriebs-Modi und von Protokollen sogar zwischen einzelnen Datenpaketen erfolgen kann. Hierfür zuständig ist vor allem eine Architektur von RAM-mapped FIFOs.

Auch hier wurde die Design-Vorgabe konsequent ausgenutzt, wonach nur diejenigen Teile der Software und Hardware aktiv geschaltet sind, die auch wirklich gebraucht werden. Zusammen mit der bis auf 1,75 V herab zulässig absenkbaren Betriebsspannung ergibt sich der wesentliche Low-Energy-Vorteil der um durchschnittlich 50 % reduzierten Stromaufnahme.

Die Ausgangsleistung im HF-Teil kann zwischen -20 dBm und +4 dBm liegen, was zusammen mit der Empfänger-Empfindlichkeit von -96 dB zu der in diesem 2,4-Gigahertz-Sektor als einmalig innovativ zu bezeichnenden Link-Budget mit Reichweiten-Verdreifachung führt.

Ebenfalls ein Design-Pluspunkt sind die zahlreichen Peripherie-Controller-Elemente, die von der CPU im laufenden Betrieb "on the fly" programmierbar sind, die andererseits der CPU auch sehr viele komplexe Bearbeitungs-Aufgaben abnehmen.

Da die beiden neuen Chip-Varianten der nRF51-Serie sowohl auf den Bluetooth-low-Energy wie auch auf den ANT-plus-Sektor der 2,4-GHz-Applikationen zugeschnitten sind, sieht Hersteller Nordic Semiconductor in diesen beiden Standards auch entsprechend viele zugängliche und vor allem sich ausweitende Anwendungsfelder im medizinischen, Fitness-, Alarm-, Freizeit-, Fernsteuerungs- und outdoor-Sport-Bereich für die drahtlose Kopplung von batteriebetriebenen Funk-Sensoren und -Erfassungsgeräten aller Art zu einem Hub-Gerät wie Smartphone oder Laptop. Das Ganze entweder via Bluetooth Low Energy oder ANT.