Программирование ARM nRF51822 SoC Mon, September 27 2021  

Поделиться

Нашли опечатку?

Пожалуйста, сообщите об этом - просто выделите ошибочное слово или фразу и нажмите Shift Enter.

nRF51822 SoC Печать
Добавил(а) microsin   

nRF51822 это система на кристалле (SoC), поддерживающая Bluetooth Low Energy (BLE) в диапазоне частот 2.4 ГГц.

nRF51822 идеально подходит для проприетарных беспроводных соединений с питанием от батарей. nRF51822 построен на основе 32-bit ARM® Cortex™-M0 CPU с 256/128 KB flash и 32/16 KB RAM. Гибкий радиотракт 2.4 ГГц поддерживает проприетарные протоколы BLE, такие как Gazell. В nRF51822 встроены аналоговые и цифровые периферийные устройства, которые могут взаимодействовать с внешним миром без участия CPU, что реализовано на основе подсистемы Peripheral Interconnect (PPI). Гибко настраиваемые GPIO позволяют подключать цифровые интерфейсы наподобие SPI Master/slave, TWI Master и UART к любой из 31 ножек GPIO. Полные комплекты стеков Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE) для nRF51822 реализованы в серии S100 SoftDevices. БиблиотекаS100 серии SoftDevices доступны бесплатно и могут быть загружены и установлены на nRF51822 независимо от собственного кода приложения пользователя.

Примечание: расшифровку терминов и сокращений см. в словарике [3].

nRF51822 использует 32-разрядный ARM Cortex M0 MCU вместе с 256kB/128kB памяти FLASH, из которых 40kB-180kB можно использовать для разработки приложений. Плотность кода и скорость его выполнения значительно выше, чем у 8/16-битных платформ. Подсистема Peripheral Interconnect (PPI) предоставляет 16-канальную шину для прямого и автономного системных периферийных устройств без вмешательства CPU. Это дает предсказуемые времена задержки взаимодействия периферия-периферия и выгоду в экономии энергии, связанную с переводом CPU в режим ожидания (idle). У устройства есть 2 глобальных режима питания ON/OFF, однако все системные блоки и периферийные устройства имеют отдельное управление питанием, которое позволяет автоматически переключать режимы RUN/IDLE для блоков системы - в зависимости необходимости для них выполнять определенные задачи.

Радиоканал поддерживает BLE, и по радиообмену совместим с серий nRF24L устройств от Nordic Semiconductor. Выходная мощность масштабируется от максимума +4dBm до -20dBm шагами 4dB. Чувствительность повышена на каждом уровне, и в зависимости от скорости может составлять от -96 до -85dBm, с использованием BLE -93dBm.

Ключевые особенности nRF51822:

• Multiprotocol 2.4GHz radio
• 32-разрядный процессор ARM Cortex M0
• 256kB/128kB flash и 32kB/16kB RAM
• Предоставляются программные стеки, доступные для загрузки
• По ножкам обеспечивается совместимость с другими устройствами серии nRF51
• Разработка приложения не зависит от стека протоколов
• Полная совместимость по радиообмену с серией nRF24L
• Программируемая выходная мощность в диапазоне от +4dBm до -20dBm
• RSSI (индикатор уровня принимаемого сигнала)
• Стеки FIFO, отображенные на RAM, использующие EasyDMA
• Динамическая полезная нагрузка, передаваемая по радио, до 256 байт
• Гибко конфигурируемые 31 ножки GPIO
• Programmable Peripheral Interface – PPI (Peripheral Interconnect)
• Простые глобальные режимы включения/выключения питания
• Полный набор цифровых интерфейсов, включая SPI, 2-wire, UART
• 10-bit ADC
• 128-bit AES ECB/CCM/AAR сопроцессор
• Квадратурный демодулятор
• Недорогой внешний кварц 16MHz ± 40ppm
• Тактовые генераторы с низким потреблением энергии - кварцевый 16 МГц и RC-генератор
• Тактовые генераторы со сверхнизким потреблением энергии - кварцевый 32 кГц и RC-генератор
• Широкий диапазон напряжений питания (1.8V .. 3.6V)
• Встроенный преобразователь напряжения DC/DC
• Индивидуальное управление питанием для всех периферийных устройств
• Корпуса: 48-pin 6x6 QFN/WLCSP, Thin-CSP

Product Specification v3.4, ключевые особенности:

• Трансивер диапазона 2.4 ГГц
   - Чувствительность Bluetooth® в режиме BLE -93 dBm
   - Поддерживаемые скорости передачи 250 kbps, 1 Mbps, 2 Mbps
   - Выходная мощность передачи (TX Power) -20 .. +4 dBm с шагом 4 dB
   - В режиме Whisper выходная мощность -30 dBm
   - Пиковый ток потребления 13 мА RX, 10.5 мА TX (при 0 dBm)
   - Пиковый ток потребления 9.7 мА RX, 8 мА TX (при 0 dBm) с преобразователем DC/DC
   - RSSI с точностью 1 dB

• 32-битный процессор ARM® Cortex™-M0
   - 275 мкА/МГц при работе кода из памяти flash
   - 150 мкА/МГц при работе кода из RAM
   - Интерфейс отладки Serial Wire Debug (SWD)

• Разработан для использования с библиотекой S100 SoftDevice

• Память
   - 256 или 128 килобайт встроенной памяти программ flash   - 16 или 32 килобайт RAM

• Совместимость по радиообмену с серией устройств nRF24L

• Гибкое управление питанием
   - Напряжения питания от 1.8V до 3.6V
   - Время пробуждения (wake-up) 4.2 мкс при использовании RC-генератора 16 МГц
   - 0.6 мкА от 3V в режиме OFF
   - 1.2 мкА от 3V в режиме OFF + сохранение данных в 1 регионе RAM
   - 2.6 мкА от 3V в режиме ON, все блоки в состоянии ожидания (IDLE)

• 8/9/10-разрядный ADC, 8 конфигурируемых каналов

• 31 ножек портов общего назначения (GPIO)

• Один 32-разрядный таймер и два 16-разрядных с режимом счетчика

• SPI Master/Slave

• Компаратор с низким потреблением энергии

• Датчик температуры

• TWI Master (совместимый I2C)

• UART (CTS/RTS)

• Независимый от CPU блок программируемых соединений (Programmable Peripheral Interconnect, PPI)

• Квадратурный декодер (QDEC)

• Аппаратное шифрование AES

• Часы реального времени (Real Timer Counter, RTC)

• Варианты корпусов
   - QFN48 6 x 6 мм
   - WLCSP 3.50 x 3.83 x 0.50 мм
   - WLCSP 3.50 x 3.83 x 0.35 мм
   - WLCSP 3.83 x 3.83 x 0.50 мм
   - WLCSP 3.83 x 3.83 x 0.35 мм
   - WLCSP 3.50 x 3.33 x 0.50 мм

Рекомендуемая дополнительная документация:

• nRF51 Series Reference Manual
• nRF51822-PAN (Product Anomaly Notification)
• PCN-092 (nRF51822 Product Change Notification)

Области применения:

• Приложения BLE
• Одежда
• Маяки
• Периферийные устройства компьютера (мышь, клавиатура, тачпад)
• Дистанционное управление TV, STB и другими медиасистемами
• Метки доступа и ключи
• Датчики для спорта и фитнесса
• Датчики контроля за здоровьем и стилем жизни
• Контроллеры для игр
• Электронные игры и радиоуправляемые игрушки
• Внутреннее промышленное управление и сбор данных
• Медицинское оборудование, средства мониторинга
• Брелки, наручные часы

Основные ресурсы:

nRF51822 resources

Простая, быстрая и безопасная разработка кода. nRF51822 предоставляет разработчикам чистое разделение между кодом приложения и встроенными стеками протоколов. Это означает, что устраняются зависимости компиляции, линковки и времени выполнения со встроенным стеком, и связанные с этим проблемы устранения ошибок. Стек BLE это двоичная библиотека, доступная от компании Nordic Semiconductor. Код приложения, использующий эту библиотеку, компилируется отдельно. Интерфейс встроенного стека использует асинхронную, управляемую событиями модель вызовов, устраняющую необходимость применения фреймворков RTOS.

OTA DFU. nRF51822 поддерживает обновление прошивки по радио (Over The Air Device Firmware Upgrade, OTA-DFU). Это позволяет упрощенно обновлять программу приложения и SoftDevices прямо у заказчика.

Максимальное повторное использование и простая миграция. Устройства серии nRF51 совместимы друг с другом по выводам, что позволяет осуществлять миграцию между технологиями, такими как BLE и ANT, без изменения трассировки печатной платы. Общая аппаратная архитектура гарантирует, что базу наработанного кода можно повторно использовать по всему диапазону устройств серии nRF51. Варианты устройств серии nRF51 позволяют просто выбрать нужную микросхему по желаемому беспроводному протоколу и необходимому набору функций, с небольшими изменениями в коде или вообще без изменений.

SoftDevices. Стеки протоколов Nordic, также известные как SoftDevices, комплементарны чипам SoC серии nRF51. Все чипы серии nRF51 программируются стеками, доступными от компании Nordic Semiconductor. Это дает максимум гибкости для разработки приложения, и позволяет программировать последнюю версию стека в SoC-чипы серии nRF51 (см. стек S130, Bluetooth low energy concurrent central/peripheral/observer/broadcaster stack).

nRF51822 App and SoftDevices

Средства разработки. Nordic Semiconductor предоставляет полный диапазон оборудования и программных инструментов для устройств серии nRF51.

Продукт Описание
nRF51 DK Development kit для приложений Bluetooth low energy (BLE),
ANT и обмена на частотах 2.4 ГГц.
nRF51 Dongle Плата разработчика устройств BLE/ANT/2.4GHz.
nRF51422 Система на кристалле (SoC) ANT/BLE, с поддержкой множества
протоколов.

nRF51822 block diagram fig01

Рис. 1. Блок-схема чипа nRF51822.

[Цоколевка и назначение выводов корпуса QFN48]

nRF51822 QFN48 package fig02

Рис. 2. Расположение выводов на корпусе QFN48, вид сверху.

Примечание: VV = код варианта, HP = код сборки, YYWWLL = код трекинга. Дополнительную информацию см. далее в таблице 74 в разделе "Диапазоны и значения кодов". В этом переводе приведена цоколевка только для корпуса QFN48, как самого популярного и удобного для самостоятельной пайки. Цоколевку других вариантов корпусов см. в даташитах а сайте Nordic Semiconductor [1].

Таблица 2. Описание функций выводов корпуса QFN48.

Имя Фукц. Описание
1 VDD P Напряжение питания.
2 DCC Выходное напряжение DC/DC, подключается к внешнему LC-фильтру.
3 P0.30 IO Ножка порта GPIO.
4 P0.00
AREF0
IO
AI
Ножка порта GPIO, вход 0 опорного напряжения ADC/LPCOMP.
5 P0.01
AIN2
IO
AI
Ножка порта GPIO, вход 2 для ADC и LPCOMP.
6 P0.02
AIN3
IO
AI
Ножка порта GPIO, вход 3 для ADC и LPCOMP.
7 P0.03
AIN4
IO
AI
Ножка порта GPIO, вход 4 для ADC и LPCOMP.
8 P0.04
AIN5
IO
AI
Ножка порта GPIO, вход 5 для ADC и LPCOMP.
9 P0.05
AIN6
IO
AI
Ножка порта GPIO, вход 6 для ADC и LPCOMP.
10 P0.06
AIN7
AREF1
IO
AI
AI
Ножка порта GPIO, вход 7 для ADC и LPCOMP, вход 1 опорного напряжения ADC/LPCOMP.
11 P0.07 IO Ножка порта GPIO.
12 VDD P Напряжение питания.
13 VSS Земля, 0V(1).
14 .. 22 P0.08 .. P0.16 IO Ножка порта GPIO.
23 SWDIO/nRESET IO Системный сброс (активный уровень лог. 0). Сигнал для аппаратной отладки и программирования FLASH.
24 SWDCLK I Сигнал для аппаратной отладки и программирования FLASH.
25 .. 28 P0.17 .. P0.20 IO Ножка порта GPIO.
29 DEC2 P Вывод для развязки по питанию (подключение блокировочного конденсатора).
30 VDD_PA PO Выход источника питания (+1.6V) для встроенного усилителя мощности RF.
31 ANT1 RF Дифференциальное соединение с антенной (TX и RX).
32 ANT2
33, 34 VSS P Земля, 0V.
35, 36 AVDD Аналоговое питание (радиотракт).
37 XC1 AI Подключение к кварцу 16/32 МГц, или к внешнему тактовому сигналу 16 МГц.
38 XC2 AO Подключение к кварцу 16/32 МГц.
39 DEC1 P Вывод для развязки по питанию (подключение блокировочного конденсатора).
40 .. 44 P0.21 .. P0.25 IO Ножка порта GPIO.
45 P0.26
AIN0
XL2
IO
AI
AO
Ножка порта GPIO, вход 0 ADC/LPCOMP, подключение к кварцу 32.768 кГц.
46 P0.27
AIN1
XL1
IO
AI
AI
Ножка порта GPIO, вход 1 ADC/LPCOMP, подключение к кварцу 32.768 кГц или к внешнему источнику тактов 32.768 кГц.
47, 48 P0.28, P0.29 IO Ножка порта GPIO.

Легенда столбца "Функция":

AI аналоговый вход (Analog input).
AO аналоговый выход (Analog output).
I цифровой вход (Digital input).
IO цифровой ввод/вывод (Digital I/O).
P питание (Power).
PO выход источника питания (Power output).
RF вывод для подключения антенны.

Примечание (1): металлическая контактная площадка на донышке корпуса QFN48 (exposed center pad) для правильного функционирования должна быть соединена с землей.

[Системные блоки nRF51822]

На кристалле содержатся функции системного уровня, общие для всех устройств серии nRF51. Они включают управление тактированием (clock control), управление питанием power and reset, interrupt system, Programmable Peripheral Interconnect (PPI), сторожевой таймер (watchdog) и ножки портов ввода/вывода общего назначения (GPIO).

У системных блоков имеется регистровый интерфейс и назначенные вектора прерываний, привязанные к адресному пространству устройства. Системные блоки, их соответствующие ID (соответствующие векторам прерываний) и базовые адреса можно найти далее в таблице 18. Подробное функциональное описание, опции конфигурации и регистровый интерфейс можно найти в документации [2].

CPU. Устройства серии nRF51 основаны на ядре ARM® Cortex™-M0 CPU с 16-разрядным набором инструкций и 32-разрядными расширениями (технология Thumb-2®), что обеспечивает высокую плотность кода с низким расходом памяти на программируемые функции. С использованием 32-разрядного умножителя, выполняющего операцию за 1 такт, 3-каскадного конвейера, и контроллера вложенных прерываний (Nested Vector Interrupt Controller, NVIC), выполнение программ на ARM Cortex-M0 CPU упрощается и показывает высокую эффективность.

Для M0 CPU также доступен стандартный программный комплекс библиотек абстракции от оборудования (ARM Cortex Microcontroller Software Interface Standard, CMSIS). Сохраняется прямая совместимость с устройствами на основе ядра ARM Cortex M3.

Память. Все области памяти и регистры отображены на общее адресное пространство, что можно увидеть на карте памяти рис. 5. Устройства серии nRF51 используют для кода программ память на основе технологии flash, с регионами FICR и UICR. Регион RAM это ОЗУ с быстрым доступом без латентности (SRAM).

nRF51822 Memory Map fig05

Рис. 5. Карта памяти чипа серии nRF51.

Встроенная память flash, предназначенная для кода и статических данных, может программироваться через подпрограммы IAP (In Application Programming, IAP), из RAM через интерфейс отладки SWD, или прямо на рабочей системе из кода программы приложения. Контроллер энергонезависимой памяти NVMC (Non-Volatile Memory Controller) используется для операций программирования/стирания. Регионы памяти flash могут быть защищены от чтения, записи и стирания с помощью блока защиты памяти MPU (Memory Protection Unit). Регистр конфигурационной информации пользователя UICR (User Information Configuration Register) содержит байт блокировки (lock byte), позволяющий активировать защиту от чтения (readback protection) для секретной частной информации (IP). Индивидуальная защита блоков, управляемая регистрами, может быть очищена только сбросом чипа.

Таблица 4. Организация области flash.

Вариант Размер кода (FLASH) Размер страницы Количество страниц
nRF51822-QFAA
nRF51822-CEAA
nRF51822-CTAA
256 килобайт 1024 байта 256
nRF51822-QFAB
nRF51822-CDAB
128 килобайт 128
nRF51822-QFAC
nRF51822-CFAC
nRF51822-CTAC
256 килобайт 256

Организация RAM. Область ОЗУ (RAM) поделена на блоки, чтобы можно было гибко управлять энергопотребле7нием с помощью POWER System Block. Каждый блок RAM поделен на 2 секции по 4 килобайта, с отдельными подчиненными устройствами шины (RAM AHB slaves). Подробности см. в руководстве [2].

Таблица 5. Организация RAM.

Вариант Размер RAM Блоки Размер
nRF51822-QFAA
nRF51822-CEAA
nRF51822-CTAA
16 килобайт Block0
Block1
8 килобайт
8 килобайт
nRF51822-QFAB
nRF51822-CDAB
16 килобайт Block0
Block1
8 килобайт
8 килобайт
nRF51822-QFAC
nRF51822-CFAC
nRF51822-CTAC
32 килобайта Block0
Block1
Block2
Block3
8 килобайт
8 килобайт
8 килобайт
8 килобайт

Для достижения наилучшей производительности рекомендуется следующий метод использования RAM AHB slaves (обратите внимание, что блок Crypto состоит из модулей CCM, ECB и AAR):

• Если буферы Radio и Crypto по размеру вместе превышают размер одной секции RAM, то эти буферы должны быть разделены по памяти так, чтобы буфер Radio был в одной секции RAM, и буфер Crypto в другой.
• Секции RAM, используемые для CODE, не должны комбинироваться с секциями Radio, Crypto или SPI.
• Стек (Stack) и куча (Heap) должны быть помещены на вершину секции, и не должны комбинироваться с секциями, которые используются для Radio, Crypto или SPI.

Таблицы 6 и 7 показывают, как выделяется память под разные функции, распределенные между секциями RAM для параллельного доступа. Представлены таблицы для вариантов чипов с 16 или 32 килобайтами RAM.

Таблица 6. Варианты с 16 килобайтами RAM.

Блоки/секции RAM
Буферы RADIO Буферы Crypto Буферы SPIS Стек/куча CPU CODE Глобальные
переменные
Block0 RAM0 x x       x
RAM1         x x
Block1 RAM2     x     x
RAM3       x x x

Таблица 7. Варианты с 32 килобайтами RAM.

Блоки/секции RAM
Буферы RADIO Буферы Crypto Буферы SPIS Стек/куча CPU CODE Глобальные
переменные
Block0 RAM0 x (x)       x
RAM1 (x) x       x
Block1 RAM2     x     x
RAM3         x x
Block2 RAM4         x x
RAM5         x x
Block3 RAM6     x   x x
RAM7       x x x

MPU. Блок защиты памяти (Memory Protection Unit) может быть сконфигурирован для защиты всей flash-памяти устройства от чтения, или для защиты блоков flash от перезаписи или от стирания.

Таблица 8. Блоки MPU flash.

Вариант Размер блока FLASH Количество защищаемых
блоков FLASH
nRF51822-QFAA
nRF51822-CEAA
nRF51822-CTAA
4 килобайта 64
nRF51822-QFAB
nRF51822-CDAB
32
nRF51822-QFAC
nRF51822-CFAC
nRF51822-CTAC
64

[Управление питанием (POWER)]

nRF51 поддерживает 3 разных альтернативных способа организации питания:

• Настройка внутреннего стабилизатора LDO.
• Настройка преобразователя DC/DC.
• Настройка режима пониженного напряжения питания.

Информацию о диапазонах напряжений питания для этих разных альтернатив см. в таблице 20 далее. Также см. далее раздел "Рекомендации по разработке" для получения подробностей по схемотехнике для различных альтернативных способов организации питания.

Настройка внутреннего стабилизатора LDO. Когда используется внутренний линейный стабилизатор с низким падением напряжения на регулирующем элементе (Low Drop Out, LDO), преобразователь DC/DC запрещается, и питание системы генерируется непосредственно из напряжения питания VDD. Этот режим может использоваться только в качестве опции, или в комбинации с настройкой преобразователя DC/DC.

Настройка преобразователя DC/DC. Импульсный встроенный преобразователь напряжения (nRF51 DC/DC buck converter) преобразует напряжение батареи в пониженное напряжение с минимальными потерями. Выходное преобразованное напряжение становится доступным для подачи на вход линейного регулятора LDO. Преобразователь DC/DC может быть запрещен, когда напряжение питания падает ниже предела напряжения, при котором для питания уже может использоваться LDO. Когда преобразователь DC/DC разрешен, то его работа автоматически приостанавливается между событиями радиообмена, когда от регулятора требуется только небольшой внутренний ток.

Эта функция в частности полезна для приложений с батарейным питанием, когда номинальное напряжение батареи выше, чем минимально необходимое напряжение для разрешения работы преобразователя DC/DC. Понижение уровня напряжения питания с помощью преобразователя DC-DC снижает пиковую нагрузку по току для батареи. При использовании с литиевой батарейки-таблетки на 3V пиковый ток потребления снижается приблизительно на 25%.

Настройка режима пониженного напряжения питания. Устройства могут использоваться в режиме пониженного напряжения питания, когда доступно внешнее стабилизированное напряжение 1.8V.

[Управление питанием]

Система управления питанием позволяет гибко настраивать потребление энергии от таких блоков, как CPU, радиотрансивер и периферийные устройства. У периферийных устройств имеется индивидуальное управление состоянием питания, в дополнение к глобальным режима включения и выключения системы (System ON и System OFF). В режиме System OFF содержимое RAM может сохраняться, и состояние устройства может быть изменено на System ON сигналом сброса (Reset), сигналом GPIO DETECT, или сигналом LPCOMP ANADETECT. В режиме System ON все функциональные блоки будут независимо друг от друга в режиме IDLE или RUN, в зависимости от необходимого функционала.

Ниже перечислены функции управления.

• Аппаратный супервизор управляет:
   - сбросом при включении питания (Power on reset, POR)
   - сбросом при провале напряжения питания (Brownout reset)
   - компаратором отказа питания

• Устройство имеет режимы System ON и System OFF

• Пробуждение из режима System OFF:
   - от сброса (Reset)
   - от сигнала GPIO DETECT
   - от сигнала LPCOMP ANADETECT

• Режимы RUN/IDLE для функциональных блоков

• Сохранение данных RAM в режиме System OFF (блоками по 8 килобайт)
   - у версий 16 kB есть 2 блока
   - у версий 32 kB есть 4 блока

Режим System OFF. В этом режиме микросхема потребляет меньше всего энергии от источника питания. Функционал ядра системы выключен, и все выполняющиеся задачи прерываются. Может быть оставлен только то функционал, который отвечает за работу механизма пробуждения по изменению уровня на выводах (pin wake-up).

Один или несколько блоков RAM могут быть настроены на сохранение своих данных в режим System OFF.

Режим System ON. В режиме system ON системе доступен полный функционал и CPU, и выбранных периферийных устройств. Выбранные периферийные устройства могут быть приведены в состояние, в котором они работоспособны, и более или менее реагируют на события в зависимости от выбранного дополнительного режима энергопотребления (sub-power mode).

Существует 2 режима sub-power:
   • Low Power (низкое энергопотребление)
   • Constant Latency (постоянная задержка)

Low Power. В этом режиме система автоматического управления питанием оптимизирует потребление энергии. Это делается путем максимально возможного отключения питания системы. Плата за пониженное потребление в этом режиме - не прогнозируемая, изменяющаяся задержка пробуждения CPU и задержка ответа на PPI task.

На задержку пробуждения CPU (wakeup latency) влияет время запуска регулятора 1V7. Ответ на PPI task будет меняться в зависимости от требуемых ресурсов для периферийного устройства, откуда поступила задача.

К числу ресурсов, которые могут быть задействованы, относятся:

• Регулятор 1V7 с временем запуска t1V7
• Регулятор 1V2 с временем запуска t1V2
• Один из следующих источников тактирования
   - RC16 в временем запуска tSTART,RC16
   - XO16M/XO32M с временем запуска системы управления тактированием tXO(1)

Примечание (1): для источников тактов XO16M и XO32M подразумевается, что кварцевый генератор уже работает (standby). Это увеличивает потребление энергии в режиме сна (sleep mode) на ISTBY,X16M / ISTBY,X32M.

Constant Latency. В режиме постоянной задержки система оптимизирована таким образом, чтобы латентность CPU и ответ на PPI task были постоянными и минимальными. Это обеспечивается принудительным включением определенного набора базовых ресурсов в неактивном режиме. Плата за прогнозируемую минимальную латентность - система будет потреблять больше энергии.

При этом в режиме сна удерживаются активными следующие ресурсы:

• Регулятор 1V7 с током standby I1V7
• Регулятор 1V2. Здесь потребление тока задается в комбинации источником тактирования.
• Один из следующих источников тактирования:
   - RC16 с током standby I1V2RC16
   - XO16M с током standby I1V2XO16
   - XO32M с током standby I1V2XO32

[Programmable Peripheral Interconnect (PPI)]

Блок программируемых соединений между периферийными устройствами (Programmable Peripheral Interconnect, PPI) дает возможность взаимодействия между периферийными устройствами без участия CPU. Взаимодействие периферийных устройств друг с другом осуществляется на основе задач (tasks) и событий (events). PPI позволяет точно синхронизировать периферийные устройства, когда для приложения существуют ограничения реального времени, и устраняется необходимость активности CPU для реализации поведения, которое может быть предварительно задано с использованием PPI.

Таблица 9. Свойства PPI.

Устройство Каналы Количество каналов Количество групп
PPI 0 .. 15 16 4

В дополнение к полностью программируемым соединениям между периферийными устройствами, подсистема PPI имеет набор каналов, в которых конечные точки событий (EEP) и задач (TEP) устанавливаются аппаратными средствами. Эти фиксированные каналы можно индивидуально разрешить, запретить, или добавить к группам каналов PPI таким же способом, как и обычные каналы PPI. Для дополнительно информации см. руководство [2].

Таблица 10. Предварительно запрограммированные каналы PPI.

Устройство Каналы Количество каналов Количество групп
PPI 20 .. 31 12 4

[Управление тактированием (CLOCK)]

Продвинутая система управления тактированием в качестве опорных тактов может получить сигнал от внутренних или внешних генераторов, высокочастотных и низкочастотных, и передавать тактовые частоты на модули микросхемы в соответствии с их индивидуальными требованиями. Это предотвращает большое дерево генерации тактов от чрезмерной активности и способствует оптимизации энергопотребления системы в целом, с минимизацией потребляемой мощности, когда не активны системные модули, которые нуждаются в тактовой частоте.

Если приложение разрешает модуль, которому нужна опорная тактовая частота без запуска соответствующего генератора, то система управления тактированием автоматически разрешит опцию RC-генератора и предоставит такты. Когда модуль перейдет обратно в состояние ожидания (idle), система управления тактированием автоматически переведет генератор в состояние ожидания (idle). Чтобы избежать задержек из-за старта имеющегося генератора, или если требуется определенный генератор, то приложение может отменить автоматическое управление генератором, чтобы сохранить генераторы в активном состоянии, когда ни одному системному модулю не требуется тактовая частота.

Тактовые частоты доступны только в режиме System ON, и они могут генерироваться из источников, перечисленных в таблице 11.

Таблица 11. Свойства тактирования.

Такты Источник Частотные опции
High Frequency Clock, HFCLK(1) Внешний кварц (XOSC).
Внешний источник тактов(3).
Внутренний RC-генератор (RCOSC).
16/32 МГц(2)
16 МГц
32 МГц
Low Frequency Clock (LFCLK) Внешний кварц (XOSC).
Внешний источник тактов(3).
Синтезированные из HFCLK такты.
Внутренний RC-генератор (RCOSC).
32.768 кГц
32.768 кГц
32.768 кГц
32.768 кГц

Примечания:

(1) Для работы радиотракта должен использоваться внешний кварц.
(2) Для обоих возможных вариантов кварца 16 и 32 МГц частота HFCLK будет 16 МГц.
(3) См. руководство [2] для дополнительной информации по внешней опорной тактовой частоте.

nRF51822 clock management fig06

Рис. 6. Управление тактированием.

Кварцевый генератор 16/32 МГц. Этот генератор может работать от внешнего кварца либо на 16, либо на 32 МГц. Однако тактовая частота системы всегда 16 МГц, подробнее см. руководство [2]. Кварцевый генератор разработан для использования вместе с кварцевыми резонаторами со срезом AT-типа в режиме параллельного резонанса. Для достижения корректной частоты генерации нагрузочная емкость должна соответствовать спецификации на даташит кварца. На рис. 7 показано, как кварц подключается к ножкам 16/32 МГц кварцевого генератора.

nRF51822 16 32MHz crystal oscillator fig07

Рис. 7. Схеиа кварцевого генератора 16/32 МГц.

Емкость нагрузки (CL) это общая емкость, которая присутствует на выводах кварца, и её можно рассчитать по формуле:

      (C1' * C2')
CL = -------------
      (C1' + C2')

C1’ = C1 + C_pcb1 + C_pin
C2’ = C2 + C_pcb2 + C_pin

C1 и C2 это керамические конденсаторы SMD, подключенные между каждым выводом кварца и землей. C_pcb1 и C_pcb2 это паразитные емкости печатной платы. C_pin это входная емкость выводов XC1 и XC2 корпуса микросхемы, см. таблицу 22 (16 МГц) и таблицу 23 (32 МГц). У нагрузочных конденсаторов C1 и C2 должна быть одинаковая емкость. См. главу "Рекомендации по разработке" для значения емкости, используемой в качестве C_pcb1 и C_pcb2 на образцовой схеме.

Для надежного функционирования емкость нагрузки кварца, шунтирующая емкость, эквивалентное последовательное сопротивление ESR (RS,X16M/RS,X32M) и уровень сигнала должен соответствовать спецификациям в таблице 22 (16 МГц) и таблице 23 (32 МГц). Рекомендуется использовать кварц со значением ESR меньшим, чем максимальное RS,X16M/RS,X32M, если высока емкость нагрузки и/или емкость шунтирования. Это даст ускоренный старт и меньшее энергопотребление. Низкая емкость нагрузки уменьшит как время запуска генератора, так и ток потребления.

Кварцевый генератор 32.768 кГц. Этот генератор разработан для использования с кварцем в режиме параллельного резонанса. Для достижения корректной частоты генерации нагрузочная емкость должна соответствовать спецификации на даташит кварца. На рис. 8 показано, как кварц подключается к ножкам 32.768 кГц кварцевого генератора.

nRF51822 32768Hz crystal oscillator fig08

Рис. 8. Схема кварцевого генератора 32.768 кГц.

Емкость нагрузки (CL) это общая емкость, которая присутствует на выводах кварца, и её можно рассчитать по формуле:

      (C1' * C2')
CL = -------------
      (C1' + C2')

C1’ = C1 + C_pcb1 + C_pin
C2’ = C2 + C_pcb2 + C_pin

C1 и C2 это керамические конденсаторы SMD, подключенные между каждым выводом кварца и землей. C_pcb1 и C_pcb2 это паразитные емкости печатной платы. C_pin это входная емкость выводов XC1 и XC2 корпуса микросхемы, см. далее секцию "Кварцевый генератор 32.768 кГц" и таблицу 25. Конденсаторы нагрузки C1 и C2 должны быть одинаковой емкости. См. главу "Рекомендации по разработке" для значения емкости, используемой в качестве C_pcb1 и C_pcb2 на образцовой схеме.

RC-генератор 32.768 кГц. Этот низкочастотный генератор может использоваться как альтернатива кварцевому генератору 32.768 кГц. У RC-генератора точности частоты меньше чем ± 250 ppm при стабильной температуре окружающей среды, или когда выполняется периодическая калибровка при изменении температуры. Для RC-генератора 32.768 кГц не нужны никакие внешние компоненты.

Синтезированные такты 32.768 кГц. Такты низкой частоты могут быть синтезированы из тактов высокой частоты. Это дает экономию на на низкочастотном кварце, однако повышает среднее энергопотребление, поскольку должен быть активен высокочастотный источник тактов.

[GPIO]

Порты ввода/вывода общего назначения (general purpose I/O, GPIO) организованы как один порт с количеством ножек до 32 (в зависимости от корпуса). Через этот порт можно управлять состоянием и/или считывать логический уровень любой из 32 ножек. К каждой ножке GPIO можно получить доступ индивидуально со следующими конфигурируемыми функциями:

• Направление на ввод или на вывод.
• Нагрузочная способность выхода.
• Подключение верхних (pull-up) и нижних (pull-down) подтягивающих резисторов.
• Пробуждение по высокому или низкому уровню на всех ножках.
• Срабатывание прерывания по изменению уровня на всех ножках.
• Все ножки можно использовать для task/event подсистемы PPI. Максимальное количество ножек, к которым можно подключиться через PPI одновременно, ограничено количеством каналов GPIOTE.
• Все ножки могут быть индивидуально сконфигурированы для сигналов последовательного интерфейса или квадратурного демодулятора.

Поддержка отладчика. Предоставляются 2 выделенные ножки для интерфейса Serial Wire Debug (SWD) как часть порта отладки (Debug Access Port, DAP). Это дает гибкий и мощный механизм для не разрушающей отладки кода программы. Поддерживаются точки останова и пошаговое выполнение инструкций.

[Периферийные устройства]

У блоков периферийных устройств есть регистровый интерфейс и/или вектор прерывания, который создается один или большее количество раз в адресном пространстве устройства. Экземпляры, соответствующие ID (для тех периферийных устройств, у которых есть векторы прерывания), и базовый адрес функций находятся в таблице 18. Подробное функциональное описание, опции конфигурации и регистровый интерфейс можно найти в руководстве [2].

Радиотракт 2.4 GHz (RADIO). В устройствах серии nRF51 есть 2.4 ГГц RF-трансивер, разработанный и оптимизированный для работы в общепринятом мировом диапазоне частот ISM от 2.400 до 2.4835 ГГц. Режимы модуляции сигнала и конфигурируемая структура пакета позволяют реализовать обмен по протоколам Bluetooth® low energy (BLE), ANT™, Enhanced ShockBurst™ и другим реализациям протокола 2.4 ГГц.

Трансивер принимает и передает данные напрямую в системную память и из неё, обеспечивая гибкое и эффективное управление пакетами данных. У трансивера серии nRF51 есть следующие возможности:

• Основные функции модуляции
   - модуляция GFSK
   - "Выбеливание" данных (data whitening)
   - скорость радиообмена 250 kbps, 1 Mbps, 2 Mbps.
• Мощность передатчика программируется в диапазоне от +4 dBm до -20 dBm, с шагом 4 dB
• "Шепчущий" режим передатчика (whisper mode) с уровнем мощности -30 dBm
• Функция RSSI (с разрешающей способностью 1 dB)
• Приемник с интегрированными канальными фильтрами, с максимальной чувствительностью:
   - -96 dBm на скорости 250 kbps
   - -93 dBm на скорости 1 Mbps BLE
   - -90 dBm на скорости 1 Mbps
   - -85 dBm на скорости 2 Mbps
• Синтезатор RF
   - Разрешающая способность по программируемой частоте 1 МГц
   - Интервал между каналами 1 МГц без наложения каналов на скоростях 1 Mbps и 250 kbps
   - Интервал между каналами 2 МГц без наложения каналов на скорости 2 Mbps
   - Работает с недорогими кварцами ± 60 ppm 16 МГц
• Контроллер основной полосы частот
   - Перемещение пакетов RX и TX с помощью EasyDMA напрямую в RAM и из неё
   - Динамическая длина полезной нагрузки
   - Сборка/разборка пакетов на лету, и шифрование полезной нагрузки AES CCM
   - Проверка целостности данных с помощью 8 бит, 16 бит и 24 бит CRC (полином и начальное значение программируются)

Примечание: EasyDMA это встроенная реализация DMA, не требующая настройки для получения гибкого управления данными, и не требующая от CPU операций копирования в память RAM и из неё.

Таймеры/счетчики (TIMER). Таймер/счетчик работает от высокочастотного источника тактов (HFCLK) и включает в себя 4-разрядный прескалер (1/2^X), который может делить частоту HFCLK.

TIMER начнет запрашивать режим 1 МГц HFCLK для значений прескалера, которые дают fTIMER меньше или равную 1 МГц. Если модуль таймера является единственным модулем, запрашивающим HFCLK, то система автоматически переключается в режим 1 МГц, что приводит к снижению потребления тока. См. параметры I1v2XO16,1M, I1v2XO32,1M, I1v2RC16,1M в таблице 32 и ITIMER0/1/2,1M в таблице 52.

Функции task/event и прерывания делают возможным использование подсистемы PPI для задач формирования интервалов времени и подсчета событий между любыми периферийными устройствами системы, включая любую ножку GPIO устройства. Подсистема PPI также разрешает функциям TIMER task/event генерировать периодические выходные сигналы ШИМ (PWM) на любой ножке GPIO. Количество одновременно используемых входов/выходов ограничено количеством каналов GPIOTE.

Таблица 12. Свойства таймеров/счетчиков.

Устройство Разрядность Регистры захвата/сравнения
TIMER0 8/16/24/32 4
TIMER1 8/16 4
TIMER2 4

Real Time Counter (RTC). Модуль счетчика реального времени (Real Time Counter, RTC) предоставляет традиционный таймер с низким потреблением энергии, работающий от тактов низкой частоты (LFCLK). RTC содержит 24-разрядный счетчик COUNTER, 12-разрядный прескалер (1/X), регистры захвата/сравнения (capture/compare) и генератор события тика для энергоэффективной tickless-реализации RTOS.

Таблица 13. Свойства RTC.

Устройство Регистры захвата/сравнения
RTC0 3
RTC1 4

AES Electronic Codebook Mode Encryption (ECB). Блок ECB поддерживает шифрование 128 бит AES. Он может использоваться для таких криптографических функций, как генерация хеша, цифровой подписи, генерация потока ключа для шифрования/дешифровки данных. Шифрование ECB использует EasyDMA для доступа к системному RAM для операций по месту над открытым и зашифрованным текстом.

AES CCM Mode Encryption (CCM). Режим Cipher Block Chaining - Message Authentication Code (CCM) это алгоритм обеспечения аутентификации и конфиденциальности во время передачи данных. CCM комбинирует шифрование в режиме счетчика (combines counter mode encryption) и аутентификацию CBC-MAC.

Примечание: CCM-терминология "Message Authentication Code (MAC)" в терминологии Bluetooth называется "Message Integrity Check (MIC)", и этот перевод документа [1], и руководство [2] соответствуют терминологии Bluetooth.

Блок CCM в одной операции генерирует зашифрованный поток ключа (encrypted keystream), применяет его ко входным данным операцией XOR, и генерирует 4-байтное поле MIC. CCM и радиоканал могут быть сконфигурированы для синхронной совместной работы, как это описано в руководстве [2]. CCM будет шифровать данные для передачи и дешифровать их после прима в памяти при обмене с блоком Radio. Все операции могут быть завершены во время приема или передачи пакета.

CCM в этом устройстве реализован в соответствии с требованиями Bluetooth. Применяемый алгоритм определен в стандарте IETF RFC3610, и зависит от системы блочного шифрования AES-128. Описание алгоритма CCM также можно найти в NIST Special Publication 800-38C [4]. Bluetooth Core Specification v4.0 [5] описывает конфигурацию блоков режима счетчика и блоки шифрования для реализации совместимого для BLE шифрования.

Блок CCM использует EasyDMA для загрузки ключа, блоков режима счетчика (включая требуемый нонс), и читает/записывает чистый текст и зашифрованный текст.

Accelerated Address Resolver (AAR). Ускоритель разрешения адреса (Accelerated Address Resolver) это функция подержки криптографии для реализации "Resolvable Private Address Resolution Procedure", описанной в Bluetooth Core Specification v4.1. "Resolvable Private Address Generation" должна достигаться с использованием ECB, и не поддерживается со стороны AAR. Эта процедура позволяет двум устройствам, которые используют общий секретный ключ, генерировать и распознавать hash на основе их собственных адресов устройства.

Блок AAR позволяет выполнять в реальном времени разрешение адреса на приходящих пакетах, когда это сконфигурировано в соответствии с описанием в руководстве [2]. Это дает возможность реализовать в реальном времени фильтрацию пакетов (по белому списку, "whitelisting") используя список известных общих секретов (Identity Resolving Keys, IRK в технологии Bluetooth).

Таблица 14. Свойства AAR.

Устройство Количество IRK, поддерживаемых для одновременного разрешения
AAR 8

Генератор случайных чисел (RNG). Random Number Generator (RNG) генерирует не детерминантные случайные числа, формируемые на основе температурного шума, что подходит для использования в криптографии. RNG не требует начальной инициализации (seed value).

Watchdog Timer (WDT). Сторожевой таймер со счетчиком, считающим вниз, использует низкую тактовую частоту (low-frequency clock source, LFCLK), и предоставляет конфигурируемую и надежную защиту от зависания приложения. Сторожевой таймер может быть поставлен на паузу во время длительных интервалов сна CPU в приложениях с низким потреблением энергии, и когда отладчик приостанавливает CPU.

Датчик температуры (TEMP). Сенсор измеряет температуру кристалла в рабочем диапазоне с разрешающей способностью 0.25°C.

Serial Peripheral Interface (SPI/SPIS). Интерфейсы SPI выполняют полнодуплексный синхронный обмен данными между устройствами. Поддерживается быстрая трехпроводная (SCK, MISO, MOSI) двунаправленная шина последовательной передачи данных. SPI Master может обмениваться данными с несколькими подчиненными устройствами (slave), используя для них индивидуальные сигналы выборки (chip select). Управление этими сигналами осуществляется программно, из кода приложения, через ножки портов GPIO. SPI Master использует ввод/вывод данных с двойной буферизацией. SPI Slave включает поддержку EasyDMA для перемещения данных в память RAM и из неё, данные могут передаваться даже когда CPU находится в состоянии ожидания (IDLE).

Ножки GPIO, используемые для каждого интерфейса, могут быть выбраны произвольно, и сконфигурированы независимо друг от друга. Это дает большую гибкость для разводки печатной платы устройства и маршрутизации сигналов.

Периферийное устройство SPI поддерживает режимы SPI 0, 1, 2 и 3 (см. [6]).

Таблица 15. Свойства SPI.

Устройство Master/Slave
SPI0 Master
SPI1 Master
SPIS1 Slave

Чтобы можно было применить скорость 4 Mbps для SPIS, для него необходимо использовать специальную секцию RAM. Построение секций RAM описано выше в секции "Организация RAM", см. также таблицу 5. Если другие периферийные устройства, не SPIS, используют определенную секцию RAM, то можно использовать только скорость 2 Mbps.

TWI. Двухпроводный последовательный интерфейс (two-wire interface, TWI) может обмениваться данными в обоих направлениях сигналами SCL, SDA. Этот протокол позволяет подключить до 127 индивидуально адресуемых устройств. Интерфейс может растягивать импульсы тактов (на этом принципе может быть реализовано управление потоком), и поддерживает стандартные скорости 100 kbps и 400 kbps.

Ножки GPIO, используемые для интерфейса TWI, могут быть выбраны произвольно, и сконфигурированы независимо друг от друга. Это дает большую гибкость для разводки печатной платы устройства и маршрутизации сигналов.

Таблица 16. Свойства TWI.

Устройство Master/Slave
TWI0 Master
TWI1 Master

UART. Универсальный асинхронный приемник и передатчик (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, UART) предоставляет быстрый, полнодуплексный, асинхронный последовательный обмен со встроенной поддержкой аппаратного управления потоком (CTS, RTS), со скоростью 1 Mbps. Также поддерживается контроль четности.

Ножки GPIO, используемые для каждого интерфейса UART, могут быть выбраны произвольно, и сконфигурированы независимо друг от друга. Это дает большую гибкость для разводки печатной платы устройства и маршрутизации сигналов.

QDEC. Квадратурный декодер предоставляет буферизированное декодирование сигналов сенсоров. Это можно использовать для механических и оптических датчиков, с опциональным выходным сигналом светодиода LED и входными антидребезговыми фильтрами. Период выборки и накопление конфигурируется для соответствия требованиям приложения.

ADC. 10-разрядный инкрементальный аналого-цифровой преобразователь (Analog to Digital Converter, ADC) позволяет оцифровывать до 8 внешних сигналов через встроенный мультиплексор. У ADC конфигурируется вход, прескалер опоры и разрешающая способность (8, 9 и 10 бит).

Примечание: модуль ADC использует те же самые аналоговые входы, что и модуль LPCOMP (AIN0 - AIN7 и AREF0 - AREF1). Только один из этих модулей может быть разрешен в одно и то же время.

Блоки GPIO Task Event (GPIOTE). Блок GPIOTE позволяет ножкам GPIO порта 0 генерировать события (events) по изменению состояния вывода, что можно использовать для передачи задач (tasks) через подсистему PPI. Ножки GPIO с помощью подсистемы PPI также могут менять свое состояния при системных событиях. Детектирование низкого напряжения питания состояния вывода порта 0 возможно в состояниях System ON или System OFF.

Таблица 17. Свойства GPIOTE.

Устройство Количество каналов GPIOTE
GPIOTE 8

Low Power Comparator (LPCOMP). В состоянии System ON этот блок может генерировать отдельные события по нарастанию и спаду уровня сигнала, или делать выборку текущего состояния вывода - находится ли он выше или ниже порога. Этот блок можно сконфигурировать для использования любого аналогового входа устройства. Дополнительно LPCOMP может использоваться для как аналоговый источник пробуждения из состояния System OFF или System ON. Порог компаратора может программироваться в диапазоне долей напряжения питания.

Примечание: модуль LPCOMP использует те же самые аналоговые входы, что и модуль ADC (AIN0 - AIN7 и AREF0 - AREF1). Только один из этих модулей может быть разрешен в одно и то же время.

[Таблица адресов периферийных устройств]

В таблице ниже показано отображение на адресное пространство внутренних периферийных устройств чипа.

Таблица 18. Адреса блоков периферийных устройств.

ID Базовый адрес Блок Экземпляр Описание
0 0x40000000 POWER POWER Управление питанием.
CLOCK CLOCK Управление тактированием.
MPU MPU Memory Protection Unit (блок защиты памяти).
1 0x40001000 RADIO RADIO Радиотракт 2.4 ГГц.
2 0x40002000 UART UART0 Universal Asynchronous Receiver/Transmitter.
3 0x40003000 SPIS SPIS0 SPI Slave.
SPI SPI0 SPI Master.
TWI TWI0 I2C-совместимый Two-Wire Interface 0.
4 0x40004000 SPIS SPIS1 SPI Slave.
SPI SPI1 SPI Master.
TWI TWI1 I2C-совместимый Two-Wire Interface 1.
5       Не используется.
6 0x40006000 GPIOTE GPIOTE GPIO Task и Events.
7 0x40007000 ADC ADC Аналого-цифровой преобразователь.
8 0x40008000 TIMER TIMER0 Timer/Counter 0.
9 0x40009000 TIMER1 Timer/Counter 1.
10 0x4000A000 TIMER2 Timer/Counter 2.
11 0x4000B000 RTC RTC0 Real Time Counter 0.
12 0x4000C000 TEMP TEMP Датчик температуры.
13 0x4000D000 RNG RNG Генератор случайных чисел.
14 0x4000E000 ECB ECB Crypto AES ECB.
15 0x4000F000 CCM CCM AES Crypto CCM.
AAR AAR Accelerated Address Resolver.
16 0x40010000 WDT WDT Watchdog Timer.
17 0x40011000 RTC RTC1 Real Time Counter 1.
18 0x40012000 QDEC QDEC Quadrature Decoder.
19 0x40013000 LPCOMP LPCOMP Low Power Comparator.
20 .. 25       Зарезервировано для программных прерываний.
26 .. 29       Не используется.
30 0x4001E000 NVMC NVMC Non-Volatile Memory Controller.
31 0x4001F000 PPI PPI Programmable Peripheral Interconnect.
NA
0x50000000 GPIO GPIO Порты ввода/вывода общего назначения.
NA 0x10000000 FICR FICR Factory Information Configuration Registers (заводские информационно-конфигурационные регистры).
NA 0x10001000 UICR UICR User Information Configuration Registers (пользовательские регистры информации и конфигурации).

Примечание: в столбце ID недоступность идентификатора обозначена как NA (Not Available).

[Предельно допустимые рабочие условия]

Maximum ratings это предельные экстремальные условия для чипа, в которых он может находится без необратимого повреждения. Нахождение устройства на таких предельных условиях в течение длительного времени может повлиять на надежность чипа. В таблице 19 показаны эти абсолютные предельные значения.

Таблица 19. Absolute maximum ratings.

Символ Параметр min MAX Ед.
Напряжения питания
VDD   -0.3 +3.9 V
DEC2     2
VSS     0
Напряжение на ножке I/O
VIO   -0.3 VDD + 0.3 V
Рабочие условия для корпуса QFN48
Температура хранения   -40 +125 °C
MSL Moisture Sensitivity Level   2  
ESD HBM Human Body Model   4 kV
ESD CDM Charged Device Model   750 V
Рабочие условия для корпуса WLCSP
Температура хранения   -40 +125 °C
MSL Moisture Sensitivity Level   1  
ESD HBM Human Body Model   4 kV
ESD CDM Charged Device Model   500 V
Память FLASH
Endurance Количество циклов записи/стирания 20000(1)    
Retention Время сохранения информации 10 лет при 40 °C
50 лет при 25 °C
   
Сколько раз может быть записан адрес между циклами стирания   2  

Примечание (1): устойчивость памяти Flash составляет 20000 циклов стирания. Самый малый записываемый элемент flash это 32-разрядное слово.

[Нормальные рабочие условия]

Рабочие условия и физические параметры чипа, в которых чип может находиться, определены в таблице 20.

Таблица 20. Рабочие условия.

Символ Параметр min Typ MAX Ед.
VDD Напряжение питания, настройка внутреннего LDO 1.8 3.0 3.6 V
VDD Напряжение питания, настройка преобразователя DC/DC 2.1 3.0 3.6
VDD Напряжение питания, настройка режима пониженного напряжения(1) 1.75 1.8 1.95
tR_VDD Время нарастания напряжения питания (от 0 до VDD)(2)     100 мс
TA Рабочая температура -25 25 75 °C

Примечания:

(1) В этом режиме DEC2 должен быть соединен с VDD.
(2) Схема сброса по питанию чипа (power-on reset) может не функционировать правильно для времени нарастания, выходящего за указанный интервал.

Nominal operating conditions (NOC) - номинальные рабочие условия, при которых чип работает и тестируется по типовым (Typ) значениям в таблице 20.

Extreme operating conditions (EOC) - предельные условия, при которых чип работает и тестируется по минимальным (Min.) и максимальным (Max.) значениям в таблице 20.

[Чувствительность к свету WLCSP]

Чипы CDAB, CEAA и CFAC чувствительны к свету. Варианты корпусов CDAB, CEAA и CFAC чувствительны к видимому и близкому к инфракрасному излучению, поэтому конечная продукция и дизайн должны должным образом защищать чип. Сторона маркировки покрыта светопоглощающей пленкой, но боковые грани и сторона шариковых выводов должна быть защищена покрытием и другими средствами.

Чувствительность к свету CTAA и CTAC. Вариант корпуса CTAA и CTAC чувствителен к видимому и близкому к инфракрасному излучению, поэтому конечная продукция и дизайн должны должным образом защищать чип. В отличие от других вариантов WLCSP, у которых есть некоторая защита, варианты CTAA и CTAC никакой защиты не имеют, и нуждаются с покрытии, поглощающем свет, или другую защиту.

Механическая прочность CTAA и CTAC. Корпуса CTAA и CTAC более тонкий вариант корпуса WLCSP. Чтобы обеспечить механическую надежность, пользователям рекомендуется выполнить проверку печатной платы на устойчивость к изгибу.

[Электрические параметры]

В этой части документации содержаться электрические спецификации для интерфейсов устройства и периферии, включая параметры радиотракта и потребление тока.

Таблица 21. Определения уровней тестов.

Уровень теста Описание
1 Симулированный, просчитанный при разработке (в соответствии с ограничением спецификации), или экземпляры прототипов протестированы при NOC.
2 Параметры были проверены на тесте уровня 1, и дополнительно экземпляры прототипов протестированы при EOC.
3 Параметры были проверены на тесте уровня 2, и дополнительно экземпляры прототипов протестированы при EOC в соответствии с JEDEC47.
4 Параметры были проверены на тесте уровня 3, и дополнительно выпущенные устройства ограниченно протестированы при NOC.

Время запуска кварцевого генератора 16/32 МГц. На рис. 9 показан ток, потребляемый кварцевым генератором (XOSC) в момент запуска. Период tSTART,XOSC это время, необходимое для генератора, чтобы начать выдавать стабильные такты. Длительность tSTART,XOSC зависит от параметров кварца.

nRF51822 current drawn at oscillator startup fig09

Рис. 9. Ток потребления при запуске генератора.

Период времени, который идет за tSTART,XOSC до завершения tSTART,X16M / tSTART,X32M, фиксирован. Это период дебоунсинга, на котором такты стабилизируются перед тем, как стать доступными для остальной части системы.

Таблица 22. Кварцевый генератор 16 МГц (16M XOSC).

Символ Описание Замечание min Typ MAX Ед. TL(9)
fNOM,X16M Частота кварца     16   МГц -
fTOL,X16M Допуск по частоте(1)       ±50(2) ppm -
fTOL,X16M,BLE Допуск по частоте для приложений BLE(1)       ±40(2) ppm -
RS,X16M Эквивалентное последовательное сопротивление C0 ≤ 7 пФ, CL,MAX ≤ 16 пФ   50 100 Ом -
C0 ≤ 5 пФ, CL,MAX ≤ 12 пФ   75 150 -
C0 ≤ 3 пФ, CL,MAX ≤ 12 пФ   100 200 -
PD,X16M Уровень мощности       100 мкВт -
Cpin Входная емкость ножек XC1 и XC2     4   пФ 1
IX16M Рабочий потребляемый ток кварцевого генератора 16 МГц SMD 2520 CL = 8 пФ   470(3)   мкА 1
IX16M,1M Рабочий потребляемый ток кварцевого генератора 16 МГц, когда используется только для таймера на частоте 1 МГц или меньше   250(3)   мкА 1
ISTBY,X16M Ток standby для кварцевого генератора 16 МГц(4)   25   мкА 1
ISTART,XOSC Ток запуска для кварцевого генератора 16 МГц     1.1   мА 3
tSTART,XOSC Время запуска кварцевого генератора 16 МГц SMD 2520 CL = 8 пФ   400 500(5) мкс 2
tSTART,X16M Общее время запуска, tSTART,XOSC + период дебоунсинга(6)   800   мкс 1
VINEXTCLK Входная амплитуда, если на ножку XC1 приходит внешняя тактовая частота(7)   800   0 - VCC(8) mVpp 1

Примечания:

(1) Допуск по частоте относится к времени, в течение которого радиотракт может находиться в режиме передачи, см. таблицу 38.
(2) Включает начальный допуск на частоту кристалла, уход частоты от температуры, старение, уход частоты из-за некорректной емкости нагрузки.
(3) Это число включает ток, используемый автоматизированной системой управления питанием и тактированием.
(4) Ток состояния приостановки (standby current) это ток, потребляемый генератором, когда нет ресурсов, запрашивающих 16M. Это означает, что нет активности управления тактированием (см. таблицу 33). Это значение будет зависеть от типа кварца.
(5) Кварцы с параметрами, отличающимися от SMD 2520, могут иметь время запуска намного больше.
(6) Это время с момента подачи питания на кварцевый генератор до момента, когда его выходные такты станут доступными для системы. Это время включает как время запуска кварца, так и время дебоунсинга.
(7) Оставьте ножку XC2 неподключенной.
(8) Входной сигнал не должен выходить за уровни на выводах питания.
(9) TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

Таблица 23. Кварцевый генератор 32 МГц (32M XOSC).

Символ Описание Замечание min Typ MAX Ед. TL(7)
fNOM,X32M Частота кварца     32   МГц -
fTOL,X32M Допуск по частоте(1)       ±50(2) ppm -
fTOL,X32M,BLE Допуск по частоте для приложений BLE(1)       ±40(2) ppm -
RS,X32M Эквивалентное последовательное сопротивление C0 ≤ 7 пФ, CL,MAX ≤ 12 пФ   30 60 Ом -
C0 ≤ 5 пФ, CL,MAX ≤ 12 пФ   40 80 -
C0 ≤ 3 пФ, CL,MAX ≤ 9 пФ   50 100 -
PD,X32M Уровень мощности       100 мкВт -
Cpin Входная емкость ножек XC1 и XC2     4   пФ 1
IX32M Рабочий потребляемый ток кварцевого генератора 32 МГц SMD 2520 CL = 8 пФ   500(3)   мкА
IX32M,1M Рабочий потребляемый ток кварцевого генератора 32 МГц, когда используется только для таймера на частоте 1 МГц или меньше   300(3)   мкА
ISTBY,X32M Ток standby для кварцевого генератора 32 МГц(4)   30   мкА
ISTART,XOSC Ток запуска для кварцевого генератора 32 МГц     1.1   мА 3
tSTART,XOSC Время запуска кварцевого генератора 32 МГц SMD 2520 CL = 8 пФ   300 400(5) мкс 2
tSTART,X32M Общее время запуска, tSTART,XOSC + период дебоунсинга(6)   750   мкс 1

Примечания:

(1) Допуск по частоте относится к времени, в течение которого радиотракт может находиться в режиме передачи, см. таблицу 38.
(2) Включает начальный допуск на частоту кристалла, уход частоты от температуры, старение, уход частоты из-за некорректной емкости нагрузки.
(3) Это число включает ток, используемый автоматизированной системой управления питанием и тактированием.
(4) Ток состояния приостановки (standby current) это ток, потребляемый генератором, когда нет ресурсов, запрашивающих 16M. Это означает, что нет активности управления тактированием (см. таблицу 33). Это значение будет зависеть от типа кварца.
(5) CКварцы с параметрами, отличающимися от SMD 2520, могут иметь время запуска намного больше.
(6) Это время с момента подачи питания на кварцевый генератор до момента, когда его выходные такты станут доступными для системы. Это время включает как время запуска кварца, так и время дебоунсинга.
(7) TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

Таблица 24. RC-генератор 16 МГц (16M RCOSC).

Символ Описание Замечание min Typ MAX Ед. TL(2)
fNOM,RC16M Номинальная частота     16   МГц -
fTOL,RC16M Допуск по частоте
    ±1 ±5 % 3
IRC16M Рабочий ток для RC-генератора (RCOSC) 16 МГц     750(1)   мкА 1
IRC16M,1M Рабочий потребляемый ток RC-генератора (RCOSC) 16 МГц, когда используется только для таймера на частоте 1 МГц или меньше     540(1)    
tSTART,RC16M Время запуска RC-генератора 16 МГц     4.2 5.2 мкс
IRC16M,START Ток запуска для RC-генератора 16 МГц     400   мкА

Примечания:

(1): это число включает ток, используемый автоматизированной системой управления питанием и тактированием.
(2) TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

Таблица 25. Кварцевый генератор 32.768 кГц (32k XOSC).

Символ Описание min Typ MAX Ед. TL(4)
fNOM,X32k Частота кварца   32.768   кГц -
fTOL,X32k,BLE Допуск по частоте для приложений BLE(1)     ±250 ppm -
CL,X32k Емкость нагрузки     12.5 пФ -
C0,X32k Шунтирующая емкость     2 -
RS,X32k Эквивалентное последовательное сопротивление   50 80 кОм -
PD,X32k Уровень мощности     1 мкВт -
Cpin Входная емкость ножек XL1 и XL2   4   пФ 1
IX32k Рабочий потребляемый ток кварцевого генератора 32.768 кГц   0.7   мкА
ISTART,X32k Ток запуска для кварцевого генератора 32.768 кГц   1.3 1.8
tSTART,X32k Время запуска кварцевого генератора 32.768 кГц   0.3 1 с 2
VINEXTCLK Входная амплитуда, если на ножку XL1 приходит внешняя тактовая частота(1) 200 600(2,3)   mVpp 1

Примечания:

(1) Оставьте ножку XL2 неподключенной.
(2) Для более высоких амплитуд рабочий ток генератора станет больше 1 мкА.
(3) Входной сигнал не должен выходить за уровни на выводах питания.
(4) TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

Таблица 26. RC-генератор 32.768 кГц (32k RCOSC).

Символ Описание Замечание min Typ MAX Ед. TL(1)
fNOM,RC32k Номинальная частота     32.768   кГц -
fTOL,RC32k Допуск по частоте     ±2   % 3
fTOL,CAL,RC32k Интервал между калибровками 4 сек     ±250 ppm 1
IRC32k Рабочий потребляемый ток     1.3 1.5 мкА
tSTART,RC32k Время запуска     390 487 мкс

Примечание (1): TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

Таблица 27. Синтезируемый генератор 32.768 кГц (32k SYNT).

Символ Описание min Typ MAX Ед. TL(1)
fNOM,SYNT32k Номинальная частота   32.768   кГц 1
fTOL,SYNT Допуск по частоте   fTOL,XO16M ±8
fTOL,XO32M ±8
  ppm
ISYNT32k Рабочий потребляемый ток и ток запуска для синтезированных тактов 32.768 кГц, включая 16M XOSC   15   мкА
tSTART,SYNT32k Время запуска синтезированных тактов 32.768 кГц   406   мкс

Примечание (1): TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

[Параметры управления питанием]

Таблица 28. Компаратор отказа питания.

Символ Описание Замечание min Typ MAX Ед. TL(1)
VPOF Номинальные пороги предупреждения по уровню питания (спад напряжения питания). Точность определяется параметром VTOL   2.1
2.3
2.5
2.7
  V 2
VTOL Допуск на порог напряжения       ±5 % 3
VHYST Гистерезис порога напряжения VPOF = 2.1V
VPOF = 2.3V
VPOF = 2.5V
VPOF = 2.7V
  46 
62 
79 
100 
  mV

Примечание (1): TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

Таблица 29. Ножка сброса.

Символ Описание min Typ MAX Ед. TL(3)
tHOLDRESETNORMAL Время удержания активного уровня сброса (лог. 0)(1) 0.2     мкс 1
tHOLDRESETDEBUG Время удержания активного уровня сброса (лог. 0) при отладке(1,2) 100    

Примечания:

(1) Уровень на ножке SWDCLK во время сброса должен удерживаться в лог. 0.
(2) Бит 0 регистра RESET в модуле управления питания должен быть установлен в 1, чтобы разрешить сброс во время отладки.
(3) TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

Время сброса по питанию (power on reset time, tPOR) это время от момента, когда начинает нарастать напряжение питания до момента, когда устройство выходит из состояния сброса и запускается CPU. Это время увеличивается вместе с временем нарастания напряжения питания от 0V до VDD. Таблица 30 дает время tPOR для некоторого количества времен нарастания напряжения питания, смоделировано с линейным нарастанием от 0V до VDD в диапазоне напряжения питания от 1.8V до 3.6V.

Таблица 30. Время включения после сброса (Power On Reset, POR).

Символ Описание min Typ MAX Ед. TL(1)
tPOR,10μs Время сброса по включению питания, длительность нарастания уровня 10 мкс (от 0V до VDD). 0.7 2.4 19 мс 1
tPOR,1ms Время сброса по включению питания, длительность нарастания уровня 1 мс (от 0V до VDD). 1.7 3.4 20
tPOR,10ms Время сброса по включению питания, длительность нарастания уровня 10 мс (от 0V до VDD). 11 12 28
tPOR,100ms Время сброса по включению питания, длительность нарастания уровня 100 мс (от 0V до VDD). 68 101 115

Примечание (1): TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

Данные на рис. 10 и в таблице 31 показывают измеренные данные tPOR. Измерения были получены на образцовой схеме, показанной во врезке "Схемы образцового дизайна", в схеме QFAA QFN48 с настроенным внутренним LDO, с указанными напряжением питания и температурой окружающей среды.

nRF51822 power on reset time fig10

Рис. 10. Время включения после сброса (тест уровня 2, см. таблицу 21).

Таблица 31. Время нарастания напряжения питания при выборочных напряжениях для измеренных данных, показанных на рис. 10.

VDD Время нарастания VDD от 10% до 90%
1.8V 570 мкс
3.0V 605 мкс
3.6V 635 мкс

Таблица 32. Параметры системы управления питанием.

Символ Описание Замечание min Typ MAX Ед. TL(5)
IOFF Ток в режиме System OFF, без сохранения данных в RAM.     0.6(1)   мкА 2
IOFF,RET,8k Дополнительный ток в режиме System OFF из-за настроенного сохранения блока данных в RAM (8 килобайт).     0.6(1)  
IOFF2ON Ток перехода CPU из состояния OFF в состояние выполнения кода.     400   1
tOFF2ON Время перехода CPU из состояния OFF в состояние выполнения кода.     9.6 10.6 мкс
ION,16k Базовый ток режима System ON с разрешенными 16 килобайт RAM.     2.6(1)   мкА 2
ION,32k Базовый ток режима System ON с разрешенными 32 килобайт RAM.     3.8(1)  
t1V2 Время запуска регулятора напряжения 1.2V.     2.3   мкс 1
I1V2XO16 Ток потребления с регулятором 1V2 и 16 МГц XOSC, когда они оба одновременно включены. См. таблицу 33   810(2)   мкА
I1V2XO32 Ток потребления с регулятором 1V2 и 32 МГц XOSC, когда они оба одновременно включены.   840(2)  
I1V2RC16 Ток потребления с регулятором 1V2 и 16 МГц RCOSC, когда они оба одновременно включены.   880(2)  
I1V2XO16,1M Для HFCLK в режиме 1 МГц(3). Ток потребления с регулятором 1V2 и 16 МГц XOSC, когда они оба одновременно включены.   520(2)  
I1V2XO32,1M Для HFCLK в режиме 1 МГц(3). Ток потребления с регулятором 1V2 и 32 МГц XOSC, когда они оба одновременно включены.   560(2)  
I1V2RC16,1M Для HFCLK в режиме 1 МГц(3). Ток потребления с регулятором 1V2 и 16 МГц RCOSC, когда они оба одновременно включены.   630(2)  
tXO Время запуска для системы управления тактированием, когда XTAL был в состоянии приостановки (standby).     2.3 5.3 мкс
t1V7 Время запуска регулятора напряжения 1.7V.     2 3.6
I1V7 Ток потребления регулятора напряжения 1.7V.     105   мкА 2
FDCDC Коэффициент преобразования тока DC/DC стабилизатора   0.65(4)   1.2(4)   1

Примечания:

(1) Добавляется 1 мкА к значению тока, если устройство использует режим пониженного напряжения (Low voltage mode).
(2) Это число включает ток, используемый автоматизированной системой управления питанием и тактированием.
(3) Подробную информацию по режиму 1 МГц см. выше секцию "Таймеры/счетчики (TIMER)".
(4) FDCDC будет меняться в зависимости от VDD и потребления тока внутреннего радиотракта (IDD). Для метода вычисления IDD,DCDC обратитесь к руководству [2] версии v3.0 или более поздней. См. рис. 11 для графика коэффициента преобразования DC/DC.
(5) TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

[Блоки периферийных устройств: требования к ресурсам]

Таблица 33. Требования к тактированию и питанию для разных блоков.

Блок
ID
Требования к ресурсам Комментарий
1V2 HFCLK(1) LFCLK 1V7
RADIO 1 x x     Требуется HFCLK XOSC.
UART 2 x x     Когда запущен приемник или передатчик UART.
SPI 3, 4 x x      
TWI 3, 4 x x      
SPIS 4 x x     Запрашивается, когда установлен CSN.
GPIOTE 6 x x     Только в режиме ввода.
ADC 7 x x     Требуется HFCLK XOSC.
TIMER 8, 9, 10   x     Требуется 1V2, когда сработало событие таймера (TIMER EVENT).
RTC 11, 17     x   Будет запрашиваться HFCLK, если LFCLK синтезируется из HFCLK.
TEMP 12 x x     Требуется HFCLK XOSC.
RNG 13 x x      
ECB 14 x x      
WDT 16     x   Будет запрашиваться HFCLK, если LFCLK синтезируется из HFCLK.
QDEC 18 x x      
LPCOMP 19         Никаких ресурсов не требуется.
CPU x x   x  

Примечание (1): HFCLK должен быть одним из следующих тактовых сигналов: RC16M, XO16M или XO32M.

CPU

Таблица 34. Спецификации CPU.

Символ Описание min Typ MAX Ед. TL(4)
ICPU,FLASH Рабочий ток на 16 МГц (XOSC). Код выполняется из памяти FLASH.   4.1(1)   мА 2
ICPU,RAM Рабочий ток на 16 МГц (XOSC). Код выполняется из RAM.   2.4(2)   1
ISTART,CPU Ток запуска CPU.   600   мкА
tSTART,CPU Время для перехода CPU из состояние IDLE в состояние выполнения кода. 0(3)     мкс

Примечания:

(1) Включает CPU, flash, 1V2, 1V7, RC16M.
(2) Включает CPU, RAM, 1V2, RC16M.
(3) Или t1V2, если регулятор 1V2 еще не запущен.
(4) TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

RF-трансивер

Таблица 35. Основные характеристики радиотракта.

Символ Описание Замечание min Typ MAX Ед. TL(1)
fOP Рабочие частоты. Интервал между каналами 1 МГц. 2400   2483 МГц -
PLLRES Программируемая разрешающая способность ФАПЧ.     1   -
Δf250 Девиация частоты на скорости передачи 250 kbps.     ±170   кГц 2
Δf1M Девиация частоты на скорости передачи 1 Mbps.     ±170  
Δf2M Девиация частоты на скорости передачи 2 Mbps.     ±320  
ΔfBLE Девиация частоты для протокола Bluetooth Low Energy.   ±225 ±250 ±275 4
bpsFSK Скорость передачи данных по радио.   250   2000 kbps -

Примечание (1): TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

Таблица 36. Ток потребления радиотракта с запрещенным преобразователем DC/DC (NOC, VDD = 3V).

Символ Описание min Typ MAX Ед. TL(4)
ITX,+4dBm Ток при работе только на передачу при выходной мощности POUT = +4 dBm(1).   16   мА 4
ITX,0dBm Ток при работе только на передачу при выходной мощности POUT = 0 dBm(1).   10.5  
ITX,-4dBm Ток при работе только на передачу при выходной мощности POUT = -4 dBm(1).   8   2
ITX,-8dBm Ток при работе только на передачу при выходной мощности POUT = -8 dBm(1).   7  
ITX,-12dBm Ток при работе только на передачу при выходной мощности POUT = -12 dBm(1).   6.5  
ITX,-16dBm Ток при работе только на передачу при выходной мощности POUT = -16 dBm(1).   6  
ITX,-20dBm Ток при работе только на передачу при выходной мощности POUT = -20 dBm(1).   5.5  
ITX,-30dBm Ток при работе только на передачу при выходной мощности POUT = -30 dBm(1).   5.5  
ISTART,TX Ток запуска передачи(2).   7   1
IRX,250 Ток при работе только на прием на скорости 250 kbps.   12.6  
IRX,1M Ток при работе только на прием на скорости 1 Mbps.   13   4
IRX,2M Ток при работе только на прием на скорости 2 Mbps.   13.4   1
ISTART,RX Ток запуска приема(3).   8.7  

Примечания:

(1) Допустимо для скоростей передачи 250 kbps, 1 Mbps и 2 Mbps.
(2) Среднее потребление тока (при выходной мощности TX 0 dBm) для времени запуска TX (130 мкс), и когда изменяется режим с RX на TX (130 мкс).
(3) Среднее потребление тока для запуска RX (130 мкс), и когда меняется режим с TX на RX (130 мкс).
(4) TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

Таблица 37. Ток потребления радиотракта с разрешенным преобразователем DC/DC (NOC, VDD = 3V).

Символ Описание min Typ MAX Ед. TL(2)
ITX,+4dBm Ток при работе только на передачу при выходной мощности POUT = +4 dBm(1).   11.8   мА 2
ITX,0dBm Ток при работе только на передачу при выходной мощности POUT = 0 dBm(1).   8.0  
ITX,-4dBm Ток при работе только на передачу при выходной мощности POUT = -4 dBm(1).   6.3  
ITX,-8dBm Ток при работе только на передачу при выходной мощности POUT = -8 dBm(1).   5.6  
ITX,-12dBm Ток при работе только на передачу при выходной мощности POUT = -12 dBm(1).   5.3  
ITX,-16dBm Ток при работе только на передачу при выходной мощности POUT = -16 dBm(1).   5.0  
ITX,-20dBm Ток при работе только на передачу при выходной мощности POUT = -20 dBm(1).   4.7  
ITX,-30dBm Ток при работе только на передачу при выходной мощности POUT = -30 dBm(1).   4.7  
IRX,1M Ток при работе только на прием на скорости 1 Mbps.   9.7  

Примечания:

(1) Допустимо для скоростей передачи 250 kbps, 1 Mbps и 2 Mbps.
(2) TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

nRF51822 DCDC conversion factor fig11

Рис. 11. Коэффициент преобразования DC/DC как функция от VDD.

См. главу "Power management" в руководстве [2] о том, как использовать коэффициент преобразования DC/DC, чтобы вычислить реальное потребление энергии.

Таблица 38. Параметры передатчика.

Символ Описание min Typ MAX Ед. TL(1)
PRF Максимальная выходная мощность RF.   4   dBm 4
PRFC Диапазон управления выходной мощностью RF. 20 24   dB 2
PRFCR Точность установки выходной мощности RF.     ±4  1
PWHISP Выходная мощность RF в "шепчущем" режиме (whisper mode).   -30   dBm 2
PBW2 Полоса 20 dB для модулированной несущей (2 Mbps).   1800 2000 кГц
PBW1 Полоса 20 dB для модулированной несущей (1 Mbps).   950 1100
PBW250 Полоса 20 dB для модулированной несущей (250 kbps).   700 800
PRF1.2 Мощность передачи на 1-ом соседнем канале ±2 МГц (2 Mbps).     -20 dBc
PRF2.2 Мощность передачи на 2-ом соседнем канале ±4 МГц (2 Mbps).     -45
PRF1.1 Мощность передачи на 1-ом соседнем канале ±1 МГц (1 Mbps).     -20
PRF2.1 Мощность передачи на 2-ом соседнем канале ±1 МГц (1 Mbps).     -40
PRF1.250 Мощность передачи на 1-ом соседнем канале ±1 МГц (250 kbps).     -25
PRF2.250 Мощность передачи на 2-ом соседнем канале ±2 МГц (250 kbps).     -40
tTX,30 Максимальное время последовательной передачи, fTOL < ±30 ppm.     16 мс 1
tTX,60 Максимальное время последовательной передачи, fTOL < ±60 ppm.     4

Примечание (1): TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

Таблица 39. Параметры приемника.

Символ Описание min Typ MAX Ед. TL(4)
Работа приемника
PRXMAX Максимальная выходная мощность RF.   0   dBm 1
PRXSENS,2M Чувствительность (при 0.1% PER) на скорости 2 Mbps.   -85   2
PRXSENS,1M Чувствительность (при 0.1% PER) на скорости 1 Mbps.   -90  
PRXSENS,250k Чувствительность (при 0.1% PER) на скорости 250 kbps.   -96  
PSENS IT
1 Mbps BLE
Чувствительность приемника при работе с идеальным передатчиком.   -93  
PSENS DT
1 Mbps BLE
Чувствительность приемника при работе с "грязным" передатчиком(1).   -93  
Чувствительность приема в условиях наличия модулированного мешающего сигнала на скорости 2 Mbps(2)
C/ICO Соседний канал C/I.   12   dB 2
C/I1ST 1-й ACS, C/I 2 МГц.   4  
C/I2ND 2-й ACS, C/I 4 МГц..   -24  
C/I3RD 3-й ACS, C/I 6 МГц.   -28  
C/I6th 6-й ACS, C/I 12 МГц.   -44  
C/INth N-й ACS, C/I fi > 25 МГц.   -50  
Чувствительность приема в условиях наличия модулированного мешающего сигнала на скорости 1 Mbps(2)
C/ICO Соседний канал C/I (1 Mbps).   12   dB 2
C/I1ST 1-й ACS, C/I 1 МГц.   4  
C/I2ND 2-й ACS, C/I 2 МГц..   -24  
C/I3RD 3-й ACS, C/I 3 МГц.   -30  
C/I6th 6-й ACS, C/I 6 МГц.   -40  
C/I12th 12-й ACS, C/I 12 МГц.   -50  
C/INth N-й ACS, C/I fi > 25 МГц.   -53  
Чувствительность приема в условиях наличия модулированного мешающего сигнала на скорости 250 kbps(2)
C/ICO Соседний канал C/I.   4   dB 2
C/I1ST 1-й ACS, C/I 1 МГц.   -10  
C/I2ND 2-й ACS, C/I 2 МГц..   -34  
C/I3RD 3-й ACS, C/I 3 МГц.   -39  
C/I6th 6-й ACS, C/I fi > 6 МГц.   -50  
C/I12th 12-й ACS, C/I 12 МГц.   -55  
C/INth N-й ACS, C/I fi > 25 МГц.   -60  
Чувствительность приема Bluetooth Low Energy(2)
C/ICO Соседний канал C/I.   10   dB 2
C/I1ST 1-й ACS, C/I 1 МГц.   1  
C/I2ND 2-й ACS, C/I 2 МГц..   -25  
C/I3+N ACS, смещение C/I (3+n) МГц [n = 0, 1, 2, ...].   -51  
C/IImage Уровень блокировки образа.   -30  
C/IImage±1MHz Уровень блокировки по соседнему каналу (±1 МГц).   -31  
Интермодуляция приема(3)
P_IMD2Mbps Параметр интермодуляции, 2 Mbps, смещение 3, 4 и 5 канала.   -41   dBm 2
P_IMD1Mbps Параметр интермодуляции, 1 Mbps, смещение 3, 4 и 5 канала.   -40  
P_IMD250kbps Параметр интермодуляции, 250 kbps, смещение 3, 4 и 5 канала.   -36  
P_IMDBLE Параметр интермодуляции, 1 Mbps BLE, смещение 3, 4 и 5 канала.   -39  

Примечания:

(1) Как определено в Bluetooth Core Specification v4.0 Volume 6: Core System Package (Low Energy Controller Volume).
(2) Желаемый уровень сигнала на PIN = -67 dBm. Используется один сигнал помехи с такой же модуляцией, как и желаемого сигнала. Представлена входная мощность помехи, когда чувствительность равна BER = 0.1%.
(3) Желаемый уровень сигнала на PIN = -64 dBm. Используются 2 сигнала помехи, эквивалентной входной мощности. Один из сигналов помехи, ближний по частоте, не модулирован, другой сигал помехи модулирован так же, как и желаемый сигнал. Представлена входная мощность помех, когда чувствительность равна BER = 0.1%.
(4) TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

Таблица 40. Интервалы времени радиотракта.

Символ Описание 250k 1M 2M BLE Джиттер Ед.
tTXEN Время между задачей разрешения передачи (TXEN task) и событием готовности (READY event). 132 132 132 140 0 мкс
tTXDISABLE Время между задачей запрета передачи (DISABLE task) и событием "запрещено" (DISABLED event), когда радиотракт был в режиме передачи (TX). 10 4 3 4 1
tRXEN Время между задачей разрешения приема (RXEN task) и событием готовности (READY event). 130 130 130 138 0
tRXDISABLE Время между задачей запрета передачи (DISABLE task) и событием "запрещено" (DISABLED event), когда радиотракт был в режиме передачи (TX). 0 0 0 0 1
tTXCHAIN Задержка цепочки передачи. 5 1 0.5 1 0
tRXCHAIN Задержка цепочки приема. 12.5 3 2 3 0

Таблица 41. Требования к цепи согласования антенны (оптимальный дифференциальный импеданс нагрузки).

Символ Описание min Typ MAX Ед. TL(1)
ZQFN48,ANT1,2 Оптимальный дифференциальный импеданс на 2.4 ГГц, видимый в цепи согласования от выводов ANT1 и ANT2 на корпусе QFN48.   15 + j85   Ом 1
ZWLCSP,ANT1,2 Оптимальный дифференциальный импеданс на 2.4 ГГц, видимый в цепи согласования от выводов ANT1 и ANT2 на корпусе WLCSP.   12.6 + j106  

Примечание (1): TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

Таблица 42. Параметры RSSI.

Символ Описание Замечание min Typ MAX Ед. TL(1)
RSSIACC Точность RSSI. Допустимый диапазон от -50 dBm до -80 dBm     ±6 dB 2
RSSIRESOLUTION Разрешающая способность RSSI.     1   1
RSSIPERIOD Период выборки.   8.8     мкс
RSSICURRENT Ток потребления, добавочный к IRX.     250   мкА

Примечание (1): TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

Таблица 43. Параметры UART.

Символ Описание min Typ MAX Ед. TL(1)
IUART1M Ток потребления на максимально возможной скорости.   230   мкА 1
IUART115k Ток потребления на скорости 115200 bps.   220  
IUART1k2 Ток потребления на 1200 bps.   210  
fUART Диапазон скоростей для UART. 1.2   1000 kbps -
tCTSH Длительность лог. 1 для CTS. 1     мкс 1

Примечание (1): TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

SPI Slave (SPIS)

Таблица 44. Параметры SPIS (SPI Slave, подчиненное устройство SPI).

Символ Описание min Typ MAX Ед. TL(3)
ISPIS125K Ток потребления для SPIS на скорости 125 kbps(1)   180   мкА 1
ISPIS2M Ток потребления для SPIS на скорости 2 Mbps(1)   183  
fSPIS Диапазон скоростей для SPIS. 0.125   4(2) Mbps -

Примечания:

(1) Установлен CSN.
(2) Эта скорость возможна только если пользователь следует инструкциям выше в секции "Serial Peripheral Interface (SPI/SPIS)", где описывается разрешение скорости 4 Mbps для SPIS.
(3) TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

nRF51822 SPIS timing diagram fig12

Рис. 12. Диаграмма времени сигналов SPIS, передача одного байта, SPI Mode 0.

Таблица 45. Параметры интервалов времени SPIS.

Символ Описание Замечания min Typ MAX Ед. TL(3)
tDC Время установки данных по отношению к фронту SCK.   10     нс 1
tDH Время удержания данных по отношению к SCK.   10    
tCSD Время от активации CSN до появления достоверных данных. Low power mode(1)     7100
Constant latency mode(1)     2100
tCD Интервал от спада SCK до достоверных данных. CLOAD = 10 pF     97(2)
tCL Время лог. 0 SCK.   40    
tCC Время от активации CSN до первого фронта SCK. Low power mode(1) 7000    
Constant latency mode(1) 2000    
tCCH Время между последним перепадом SCK до деактивации CSN.   2000    
tCWH Время не активного состояния CSN.   300    
tCDZ Время между деактивацией CSN до перехода выхода в третье состояние (high-Z).       40
fSCK Частота CLK.   0.125   2 МГц
tR, tF Время нарастания и спада уровня SCK.       100 нс

Примечания:

(1) Для дополнительной информации о том, как управлять подрежимами энергопотребления (sub power modes), см. документацию [2].
(2) Увеличивается/уменьшается в пропорции 1.2 нс/пФ.
(3) TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

SPI Master

Таблица 46. Параметры SPI master.

Символ Описание min Typ MAX Ед. TL(1)
ISPI125K Ток потребления для SPI master на скорости 125 kbps   180   мкА 1
ISPI4M Ток потребления для SPI master на скорости 4 Mbps   200  
fSPI Диапазон скоростей для SPIS. 0.125   4 Mbps -

Примечание (1): TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

nRF51822 SPI timing diagram fig13

Рис. 13. Диаграмма времени SPI, передача одного байта, SPI mode 0.

Таблица 47. Параметры интервалов времени SPI.

Символ Описание Замечания min Typ MAX Ед. TL(2)
tDC Время установки данных по отношению к фронту SCK.   10     нс 1
tDH Время удержания данных по отношению к SCK.   10    
tCD Интервал от спада SCK до достоверных данных. CLOAD = 10 pF     97(1)
tCL Время лог. 0 SCK.   40    
tCH Время лог. 1 SCK.   40    
fSCK Частота CLK.   0.125   4 МГц
tR, tF Время нарастания и спада уровня SCK.       100 нс

Примечания:

(1) Увеличение/уменьшение емкостной нагрузки 1.2 нс/пФ.
(2) TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

I2C/TWI

Таблица 48. Параметры TWI.

Символ Описание Замечания min Typ MAX Ед. TL(2)
I2W100K Ток потребления работающего TWI на скорости 100 kbps.     380   мкА 1
I2W400K Ток потребления работающего TWI на скорости 400 kbps.     400  
f2W Поддерживаемые скорости TWI.   100   400 kbps -
tTWI,START Время от задачи запуска приема/передачи (STARTRX/STARTTX) до сигнала START по шине TWI/I2C. Low power mode(1)   3 4.4 мкс 1
Constant latency mode(1)   1  

Примечания:

(1) Для дополнительной информации о том, как управлять подрежимами энергопотребления (sub power modes), см. документацию [2].
(2) TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

nRF51822 TWI timing diagram fig14

Рис. 14. Интервалы времени SCL/SDA.

Таблица 49. Параметры интервалов времени TWI.

Символ Описание Standard Fast Ед. TL(1)
min MAX min MAX
fSCL Частота тактов SCL.   100   400 кГц 1
tHD_STA Время удержания состояния START и состояния повторения START (repeated START). 5200   1300   нс
tSU_DAT Время установки данных перед положительным перепадом SCL. 300   300  
tHD_DAT Время удержания данных после отрицательного перепада SCL. 300   300  
tSU_STO Время установки от момента перехода SCL в лог. 1 до состояния STOP. 5200   1300  
tBUF Время свободного состояния шины между состояниями START и STOP. 4700   1300  

Примечание (1): TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

Задачи (Tasks) и события (Events) GPIO (GPIOTE)

Таблица 50. Параметры GPIOTE(1).

Символ Описание min Typ MAX Ед. TL(2)
IGPIOTE,IN Ток потребления с одним или большим количеством активных каналов GPIOTE в режиме входа.   22   мкА 1
IGPIOTE,OUT Ток потребления с одним или большим количеством активных каналов GPIOTE в режиме выхода.   0.1  
IGPIOTE,IDLE Ток потребления, когда все каналы в режиме ожидания (IDLE). Событие PORT может быть сгенерирован с задержкой до t1V2.   0.1  

Примечания:

(1) Настройка одного или большего количества сигналов GPIO DETECT для генерации PORT EVENT, которое может использоваться как источник сигнала пробуждения или как прерывание, не приведет к повышению потребления тока.
(2) TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

ADC. Требуется HFCLK XOSC для получения указанной точности ADC.

Таблица 51. Параметры аналого-цифрового преобразователя (ADC).

Символ Описание min Typ MAX Ед. TL(4)
DNL10b Дифференциальная нелинейность (режим 10 разрядов).   < 1   LSB 2
INL10b Интегральная нелинейность (режим 10 разрядов).   2  
VOS Ошибка смещения. -2   +2 %
eG Ошибка усиления(1). -2   +2
VREF_VBG Опорное напряжение внутренней запрещенной зоны (Internal Band Gap reference voltage, VBG).   1.20   V
VREF_VBG_ERR Ошибка опорного напряжения внутренней запрещенной зоны. -1.5   +1.5 %
TCREF_VBG_DRIFT Дрейф опорного напряжения внутренней запрещенной зоны. -200   +200 ppm/°C
VREF_EXT Внешнее опорное напряжение (AREF0/AREF1). 0.83 1.2 1.3 V 1
VREF_VDD_LIM CONFIG.REFSEL = SupplyOneHalfPrescaling(3). 1.7   2.6
CONFIG.REFSEL = SupplyOneThirdPrescaling(3). 2.5   3.6
tADC10b Время, требуемое для преобразования одной выборки в режиме 10 разрядов.   68   мкс
tADC9b Время, требуемое для преобразования одной выборки в режиме 9 разрядов.   36  
tADC8b Время, требуемое для преобразования одной выборки в режиме 8 разрядов.   20  
IADC Потребляемый ADC ток во время преобразования.   260   мкА
ADC_ERR_1V8 Абсолютная ошибка, когда ADC используется для измерения напряжения батареи на 1.8 V, 2.2 V, 2.6 V, 3.0 V и 3.4 V.   3   LSB 2
ADC_ERR_2V2   2  
ADC_ERR_2V6   1  
ADC_ERR_3V0   1  
ADC_ERR_3V4   1  

Примечания:

(1) Сопротивление источника меньше 5 кОм.
(2) Внутреннее опорное напряжение, вход от VDD/3, режим 10 разрядов.
(3) Ограниченный диапазон напряжений питания для ADC, при использовании VDD с прескалером в качестве опорного напряжения.
(4) TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

Timer (TIMER)

Таблица 52. Параметры таймера.

Символ Описание min Typ MAX Ед. TL(1)
ITIMER0/1/2 Ток потребления таймера, когда он тактируется от HFCLK в режиме 16 МГц.   30   мкА 1
ITIMER0/1/2,1M Ток потребления таймера, когда он тактируется от HFCLK в режиме 1 МГц.   4  
tTIMER,START Время от задачи запуска (START task) до момента, когда таймер начнет счет.   0.25   мкс

Примечание (1): TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

RTC

Таблица 53. Параметры RTC.

Символ Описание min Typ MAX Ед. TL(1)
IRTC Ток потребления при тактировании от LFCLK.   0.1   мкА 1

Примечание (1): TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

Датчик температуры (TEMP). Для получения указанной точности требуется HFCLK XOSC.

Таблица 54. Параметры датчика температуры.

Символ Описание min Typ MAX Ед. TL(2)
ITEMP Ток потребления датчика температуры.   185   мкА 1
tTEMP Время, необходимое для измерения температуры.   35   мкс
TRANGE Диапазон температур сенсора. -25   +75 °C -
TACC Точность сенсора температуры(1). -4   +4 -
TRES Разрешающая способность сенсора.   0.25   1

Примечания:

(1) Указанная точность измерения температуры достоверна в диапазоне от 0 до 60°C. Точность температуры вне этого диапазон составляет ± 8°C.
(2) TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

RNG

Таблица 55. Параметры генератора случайных чисел (RNG).

Символ Описание Замечание min Typ MAX Ед. TL(1)
IRNG Ток потребления на 16 МГц.     60   мкА 1
tRNG,RAW Время, затрачиваемое на байт в режиме RAW. Универсальное распределение 0 и 1 не гарантируется.   167   мкс
tRNG,UNI Время, затрачиваемое на байт в режиме Uniform. Гарантируется универсальное распределение 0 и 1. Время генерации байта не гарантируется.   677  

Примечание (1): TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

AES Electronic Codebook Mode Encryption (ECB)

Таблица 56. Параметры ECB.

Символ Описание min Typ MAX Ед. TL(1)
IECB Ток потребления для ECB.   550   мкА 1
tSTARTECB,ENDECB Время шифрования AES блока 16 байт AES.   8.5 17 мкс

Примечание (1): TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

AES CCM Mode Encryption (CCM)

Таблица 57. Параметры CCM.

Символ Описание min Typ MAX Ед. TL(1)
ICCM Ток потребления для CCM.   550   мкА 1

Примечание (1): TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

Accelerated Address Resolver (AAR)

Таблица 58. Параметры AAR.

Символ Описание min Typ MAX Ед. TL(1)
IAAR Ток потребления для AAR.   550   мкА 1
tSTART,RESOLVED Время разрешения адреса 8-ми IRK.   68   мкс

Примечание (1): TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

Watchdog Timer (WDT)

Таблица 59. Параметры сторожевого таймера (WDT).

Символ Описание min Typ MAX Ед. TL(1)
IWDT Ток потребления для сторожевого таймера.   0.1   мкА 1
tWDT Интервал таймаута сторожевого таймера. 30 мкс    36 часов  

Примечание (1): TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

Quadrature Decoder (QDEC)

Таблица 60. Параметры квадратурного декодера.

Символ Описание min Typ MAX Ед. TL(2)
IQDEC Ток потребления.   12   мкА 1
tSAMPLE Время между выборками сигнала от квадратурного декодера. 128   16384 мкс -
tLED Время от включения светодиода до выборки сигнала(1). 0   511

Примечания:

(1) Относится только к оптическим сенсорам.
(2) TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

Non-Volatile Memory Controller (NVMC). Запись в память flash осуществляется из программного кода, который записывает одно слово (32 бита) за другим. Программа, которая выполняет запись во flash, должна быть настроена для работы из RAM.

Время выполнения одной операции записи во flash зависит от того, будут ли следующие инструкции, которые идут за операцией записи, извлечены из flash или из RAM. Любая выбора инструкций из flash перед завершением операции записи приведет к длительности записи tWRITE,FLASH.

Память flash организована строками по 256, начиная с адресов CODE и UICR. Переход с одной строки на другую повлияет на тайминг записи во flash, когда запись происходит из RAM.

Время, которое занимает запись во flash, будет зависеть от разных параметров:

• Выполняется ли программа записи во flash из RAM или из flash.
• Когда выполнение происходит из RAM, то будут разные тайминги для следующих ситуаций:
   - Первая операция записи.
   - Повторяющиеся операции записи в пределах одной и той же строки.
   - Повторяющиеся операции записи, когда происходит переход с одной строки на другую.

Таблица 61. Параметры NVMC.

Символ Описание min Typ MAX Ед. TL(4)
tERASEALL Время полного стирания FLASH-памяти(1,2).     22.3 мс 1
tPAGEERASEALL Время стирания страницы FLASH(1,2).     22.3
tWRITE,FLASH Программа работает из FLASH. Запись одного слова в память FLASH(1,3).     46.3 мкс
tWRITE,RAM,1st Программа работает из RAM. Запись первого слова в память FLASH(1).     39.3  
tWRITE,RAM,2nd Программа работает из RAM. Повторяющиеся операции записи во FLASH в ту же самую строку, которые следуют после первой записи(1).     22.3  
tWRITE,RAM,3rd Программа работает из RAM. Повторяющиеся операции записи во FLASH, новое записываемое слова находится на другой строке по сравнению с предыдущей записью(1).     46.3  

Примечания:

(1) Подразумевается max тайминг при использовании RC16M, допуск для самого худшего случая.
(2) CPU будет приостановлен на время операций NVMC, если CPU пытается выбрать данные/код из памяти flash.
(3) CPU будет приостановлен на время операций NVMC.
(4) TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

General Purpose I/O (GPIO)

Таблица 62. Параметры портов ввода/вывода общего назначения (GPIO).

Символ Описание min Typ MAX Ед.
VIH Входное напряжение лог. 1. 0.7VDD   VDD V
VIL Входное напряжение лог. 0. VSS   0.3VDD
VOH Выходное напряжение лог. 1, стандартная нагрузка 0.5 мА. VDD-0.3   VDD
Выходное напряжение лог. 1, большая нагрузка 5 мА(1).  
VOL Выходное напряжение лог. 0, стандартная нагрузка 0.5 мА. VSS   0.3
Выходное напряжение лог. 0, большая нагрузка 5 мА.  
RPU Сопротивление подтягивающего вверх резистора (pull-up). 11 13 16 кОм
RPD Сопротивление подтягивающего вниз резистора (pull-down).

Примечание (1): максимальное количество выводов с 3 с высокой нагрузкой 5 мА.

Low Power Comparator (LPCOMP)

Таблица 63. Параметры компаратора пониженного питания (LPCOMP).

Символ Описание min Typ MAX Ед. TL(2)
ILPC Ток потребления LPCOMP.   0.5   мкА 1
tLPCANADETOFF Время от момента пересечения VIN до сигнала ANADETECT, генерируемого в режиме System OFF.     15(1) мкс
tLPCANADETON Время от момента пересечения VIN до сигнала ANADETECT, генерируемого в режиме System ON.    
tLPCOMPSTARTUP Время запуска для LPCOMP.     40

Примечания:

(1) Для перегрузки 50 mV.
(2) TL означает Test Level, уровень теста (см. таблицу 21).

[Информация для покупки]

Таблица 71. Маркировка корпуса.

N 5 1 8 2 2
< P     P > < V     V > < H > < P >
< Y     Y > < W     W > < L   L >

nRF51822 inner box label fig21

Рис. 21. Метка внутренней коробки.

Таблица 72. Код заказа.

 n   R   F   5   1   8   2   2   -  < P P > < V V >  -  < C C >

Таблица 73. Аббревиатуры для кода заказа.

Аббревиатура Определение и реализованные коды
N51/nRF51 Устройство серии nRF51
822 Код (модель) чипа
< PP > Код корпуса
< VV > Код варианта
< H >< P >< F > Код сборки:
H - код версии аппаратуры.
P - код производственной конфигурации (место производства, и т. д.)
F - версия firmware (видна только на ярлыке поставляемого контейнера)
< YY >< WW >< LL > Код трекинга:
YY - год
WW - номер недели сборки
LL - код партии полупроводниковой пластины
< CC > Код контейнера

Диапазоны и значения кодов

Таблица 74. Коды корпусов.

< PP > Корпус Размер (мм) Выводов Шаг выводов (мм)
QF QFN 6 x 6 48 0.4
CD WLCSP 3.50 x 3.33 56
CE 3.50 x 3.83 62
CF 3.83 x 3.83
CTAA 3.50 x 3.83
CTAC 3.83 x 3.83

Таблица 75. Коды варианта.

< VV > FLASH (килобайт) RAM (килобайт) DC/DC
AA 256 16 есть
AB 128 16 есть
AC 256 32 есть

Таблица 76. Коды версии аппаратуры.

< H > Описание
[A .. Z] Версия аппаратуры / идентификатор ревизии (инкрементальный)

Таблица 77. Коды версии производства.

< P > Описание
[0 .. 9] Производственный идентификатор устройства (инкрементальный)
[A .. Z] Идентификатор разработки устройства (инкрементальный)

Таблица 78. Коды версии Firmware.

< F > Описание
[A .. N, P .. Z] Версия запрограммированного firmware
[0] Поставляется без запрограммированного firmware

Таблица 79. Кодировка года.

< YY > Описание
[12 .. 99] Код производства: от 2012 до 2099

Таблица 80. Кодировка недели.

< WW > Описание
[1 .. 52] Неделя производства

Таблица 81. Код лота.

< LL > Описание
[AA .. ZZ] Идентификатор партии кремниевых пластин

Таблица 82. Код упаковки.

< CC > Описание
R7 7” Reel
R 13” Reel
T Tray

Таблица 83. Коды для закупки чипов.

Код заказа MOQ(1) Доступность
nRF51822-QFAA-R7
nRF51822-QFAB-R7
nRF51822-QFAC-R7
1000  
nRF51822-QFAA-R
nRF51822-QFAB-R
nRF51822-QFAC-R
3000  
nRF51822-CDAB-R7 1500 Производство прекращено в сентябре 2021 года
nRF51822-CEAA-R7
nRF51822-CFAC-R7
nRF51822-CTAA-R7
nRF51822-CTAC-R7
1500  
nRF51822-CDAB-R 7000 Производство прекращено в сентябре 2021 года
nRF51822-CEAA-R
nRF51822-CFAC-R
nRF51822-CTAA-R
nRF51822-CTAC-R
7000  
nRF51822-QFAA-T
nRF51822-QFAB-T
nRF51822-QFAC-T
490  

Примечание (1): Minimum Order Quantity, минимальное количество для закупки.

Таблица 84. Инструментарий для разработки.

Код заказа Описание
nRF51-DK(1) nRF51 Bluetooth Smart/ANT/2.4 GHz RF Development Kit
nRF51-Dongle(1) nRF51 USB-адаптер для эмулятора, сниффера, разработки firmware

Примечание (1): используется версия чипа nRF51422-QFAC (может работать как в режиме BLE, так и в режиме ANT).

[Рекомендации по разработке]

Для описанных далее образцовых разводок печатной платы емкости C_pcb1 и C_pcb2, между X1 и XC1/XC2, оценивается как 0.5 пФ для каждой.

Для правильной работы микросхемы центральная площадка на донышке корпуса (exposed center pad) QFN48 должна быть подключена к минусу питания (supply ground).

Рекомендации по разработке печатной платы. Для достижения хороших показателей по RF необходимо качественная разработка печатной платы (PCB). Плохая разводка PCB может привести к ухудшению параметров или потере функциональности. Образцовую разводку для микросхемы и окружающих её компонентов можно загрузить в Инфоцентре [7] компании Nordic Semiconductor (или см. [8]).

Для достижения оптимальной производительности как можно ближе следуйте образцовым схемам и разводкам PCB. В случае схемы согласования антенны (компоненты между ножками ANT1, ANT2, VDD_PA и антенной) любые изменения разводки могут изменить поведение системы, деградации параметров RF, либо может понадобиться изменить значения компонентов. Все образцовые схемы были разработаны для использования с одиночной антенной 50 Ом.

Для достижения оптимальных параметров рекомендуется использовать PCB с минимум двумя слоями, включая заливку медью (ground plane). Печатные платы, у которых больше двух слоев, должны содержать область, свободную от меди (keep-out area) на внутренних слоях в области антенны и схемы её согласования (компоненты между ножками ANT1, ANT2, VDD_PA и антенной), чтобы уменьшить паразитные емкости, которые влияют на параметры RF.

Необходима цепочка согласования между дифференциальными RF-входами ANT1 и ANT2 и антенной, чтобы соответствовал импеданс антенны (нормальное значение 50 Ом) и оптимальный импеданс RF-нагрузки для чипа. Для оптимальной производительности импеданс цепочки согласования должен быть установлен так, как указано выше в таблице 41, вместе со схемами в разделе "Рекомендации по разработке" (см. врезку "Схемы образцового дизайна").

Блокировочные конденсаторы DC (конденсаторы развязки, блокирующие помехи по питанию) должны быть расположены как можно ближе к ножкам VDD, и у этих конденсаторов должны быть хорошие параметры по RF. См. схемы для рекомендуемых значений развязывающих конденсаторов. Напряжение питания для чипа должно быть отфильтровано и заведено отдельно от напряжений питания любых цифровых схем.

Следует избегать длинных шин питания на PCB. Все цепи земли устройства, соединения с VDD, и блокировочные конденсаторы для VDD должны быть подключены как можно ближе к корпусу микросхемы. Для PCB с полигоном меди RF-земли на верхней стороне, ножки VSS должны подключены напрямую к этому полигону. Для PCB с полигоном меди земли на нижней стороне лучшей техникой будет сделать переходные отверстия для земли как можно ближе к контактным площадкам VSS. Для каждой ножки VSS должно быть как минимум одно переходное отверстие.

Сигналы цифровых данных и сигналов управления, уровни которых переключаются в полном диапазоне уровней питания, не следует разводить близко к цепям кварца. Емкостная нагрузка цифровых выходных сигналов должна быть минимизирована, чтобы избежать радиочастотных помех.

Пример разводки печатной платы. Разводка PCB, показанная на рис. 23, это образцовый дизайн для корпуса QFN48 с настроенным внутренним регулятором LDO. Для всех доступных вариантов разводок, в том числе для других корпусов, см. страничку Reference Layout в Инфоцентре [7].

nRF51822 PCB layout example QFN48 fig23

Рис. 23. Пример разводки PCB для корпуса QFN48 с настроенным внутренним регулятором LDO.

Примечание: на обратной стороне нет компонентов.

Ниже показаны рекомендуемые схемы для варианта QFN48 корпуса nRF51822 (варианты для корпуса WLCSP, их описание см. в даташите [1]).

[QFAA QFN48]

Документация на образцовую схему корпуса QFAA QFN48, включая файлы проекта Altium Designer, файлы разводки PCB, и выходные файлы для производства PCB (Gerber) можно загрузить из Инфоцентра [7].

nRF51822 QFAA QFN48 with internal LDO setup fig24

Рис. 24. QFAA QFN48 с настроенным внутренним регулятором LDO.

Таблица 86. Список компонентов (BOM) для схемы на рис. 24.

RefDes Значение Описание Посадочное место
C1, C2, C13, C14 12 пФ NP0, ±2% 0402
C3 2.2 нФ X7R, ±10% 0402
C4 1.0 пФ NP0, ±0.1 pF 0402
C5 2.2 пФ 0402
C6 1.5 пФ 0402
C7, C8, C11 100 нФ X7R, ±10% 0402
C9 1.0 нФ 0402
C10 47 нФ 0402
L1 4.7 nH High frequency chip inductor ±5% 0402
L2 10 nH 0402
L3 3.3 nH 0402
R1 1 кОм ±1%, 0.063 W 0402
U1 nRF51822-QFAA RF SoC QFN-48
X1 16 МГц Crystal SMD 2520, 16 MHz, 8 pF, ±40 ppm SMD 2520
X2 32.768 кГц Crystal SMD 3215, 32.768 kHz, 9 pF, ±20 ppm SMD 3215

nRF51822 QFAA QFN48 with low voltage mode setup fig25

Рис. 25. QFAA QFN48 с настроенным режимом пониженного напряжения питания (low voltage mode).

Таблица 87. Список компонентов (BOM) для схемы на рис. 25.

RefDes Значение Описание Посадочное место
C1, C2, C13, C14 12 пФ NP0, ±2% 0402
C3 2.2 нФ X7R, ±10% 0402
C4 1.0 пФ NP0, ±0.1 pF 0402
C5 2.2 пФ 0402
C6 1.5 пФ 0402
C7, C8, C11 100 нФ X7R, ±10% 0402
C9 1.0 нФ 0402
C10 47 нФ 0402
L1 4.7 nH High frequency chip inductor ±5% 0402
L2 10 nH 0402
L3 3.3 nH 0402
R1 1 кОм ±1%, 0.063 W 0402
U1 nRF51822-QFAA RF SoC QFN-48
X1 16 МГц Crystal SMD 2520, 16 MHz, 8 pF, ±40 ppm SMD 2520
X2 32.768 кГц Crystal SMD 3215, 32.768 kHz, 9 pF, ±20 ppm SMD 3215

nRF51822 QFAA QFN48 with DCDC converter setup fig26

Рис. 26. QFAA QFN48 с преобразователем DC/DC.

Таблица 88. Список компонентов (BOM) для схемы на рис. 26.

RefDes Значение Описание Посадочное место
C1, C2, C13, C14 12 пФ NP0, ±2% 0402
C3 2.2 нФ X7R, ±10% 0402
C4 1.0 пФ NP0, ±0.1 pF 0402
C5 2.2 пФ 0402
C6 1.5 пФ 0402
C7 4.7 мкФ X5R, ±10% 0603
C8, C11 100 нФ X7R, ±10% 0402
C9 1.0 нФ 0402
C10 47 нФ 0402
С12 1.0 мкФ 0603
L1 4.7 nH High frequency chip inductor ±5% 0402
L2 10 nH 0402
L3 3.3 nH 0402
L4 10 μH Chip inductor, IDC,min = 50 mA, ±20% 0603
L5 15 nH High frequency chip inductor ±10% 0402
R1 1 кОм ±1%, 0.063 W 0402
U1 nRF51822-QFAA RF SoC QFN-48
X1 16 МГц Crystal SMD 2520, 16 MHz, 8 pF, ±40 ppm SMD 2520
X2 32.768 кГц Crystal SMD 3215, 32.768 kHz, 9 pF, ±20 ppm SMD 3215

[QFAB QFN48]

Документация на образцовую схему корпуса QFAB QFN48, включая файлы проекта Altium Designer, файлы разводки PCB, и выходные файлы для производства PCB (Gerber) можно загрузить из Инфоцентра [7].

nRF51822 QFAB QFN48 with internal LDO setup fig27

Рис. 27. QFAB QFN48 с настроенным внутренним регулятором LDO.

Таблица 89. Список компонентов (BOM) для схемы на рис. 27.

RefDes Значение Описание Посадочное место
C1, C2, C13, C14 12 пФ NP0, ±2% 0402
C3 2.2 нФ X7R, ±10% 0402
C4 1.0 пФ NP0, ±0.1 pF 0402
C5 2.2 пФ 0402
C6 1.5 пФ 0402
C7, C8, C11 100 нФ X7R, ±10% 0402
C9 1.0 нФ 0402
C10 47 нФ 0402
L1 4.7 nH High frequency chip inductor ±5% 0402
L2 10 nH 0402
L3 3.3 nH 0402
R1 1 кОм ±1%, 0.063 W 0402
U1 nRF51822-QFAB RF SoC QFN-48
X1 16 МГц Crystal SMD 2520, 16 MHz, 8 pF, ±40 ppm SMD 2520
X2 32.768 кГц Crystal SMD 3215, 32.768 kHz, 9 pF, ±20 ppm SMD 3215

nRF51822 QFAB QFN48 with low voltage mode setup fig28

Рис. 28. QFAB QFN48 с настроенным режимом пониженного напряжения питания (low voltage mode).

Таблица 90. Список компонентов (BOM) для схемы на рис. 28.

RefDes Значение Описание Посадочное место
C1, C2, C13, C14 12 пФ NP0, ±2% 0402
C3 2.2 нФ X7R, ±10% 0402
C4 1.0 пФ NP0, ±0.1 pF 0402
C5 2.2 пФ 0402
C6 1.5 пФ 0402
C7, C8, C11 100 нФ X7R, ±10% 0402
C9 1.0 нФ 0402
C10 47 нФ 0402
L1 4.7 nH High frequency chip inductor ±5% 0402
L2 10 nH 0402
L3 3.3 nH 0402
R1 1 кОм ±1%, 0.063 W 0402
U1 nRF51822-QFAB RF SoC QFN-48
X1 16 МГц Crystal SMD 2520, 16 MHz, 8 pF, ±40 ppm SMD 2520
X2 32.768 кГц Crystal SMD 3215, 32.768 kHz, 9 pF, ±20 ppm SMD 3215

nRF51822 QFAB QFN48 with DCDC converter setup fig29

Рис. 29. QFAB QFN48 с преобразователем DC/DC.

Таблица 91. Список компонентов (BOM) для схемы на рис. 29.

RefDes Значение Описание Посадочное место
C1, C2, C13, C14 12 пФ NP0, ±2% 0402
C3 2.2 нФ X7R, ±10% 0402
C4 1.0 пФ NP0, ±0.1 pF 0402
C5 2.2 пФ 0402
C6 1.5 пФ 0402
C7 4.7 мкФ X5R, ±10% 0603
C8, C11 100 нФ X7R, ±10% 0402
C9 1.0 нФ 0402
C10 47 нФ 0402
С12 1.0 мкФ 0603
L1 4.7 nH High frequency chip inductor ±5% 0402
L2 10 nH 0402
L3 3.3 nH 0402
L4 10 μH Chip inductor, IDC,min = 50 mA, ±20% 0603
L5 15 nH High frequency chip inductor ±10% 0402
R1 1 кОм ±1%, 0.063 W 0402
U1 nRF51822-QFAB RF SoC QFN-48
X1 16 МГц Crystal SMD 2520, 16 MHz, 8 pF, ±40 ppm SMD 2520
X2 32.768 кГц Crystal SMD 3215, 32.768 kHz, 9 pF, ±20 ppm SMD 3215

[QFAC QFN48]

Документация на образцовую схему корпуса QFAC QFN48, включая файлы проекта Altium Designer, файлы разводки PCB, и выходные файлы для производства PCB (Gerber) можно загрузить из Инфоцентра [7].

nRF51822 QFAC QFN48 with internal LDO setup fig30

Рис. 30. QFAC QFN48 с настроенным внутренним регулятором LDO.

Таблица 92. Список компонентов (BOM) для схемы на рис. 30.

RefDes Значение Описание Посадочное место
C1, C2, C13, C14 12 пФ NP0, ±2% 0402
C3 2.2 нФ X7R, ±10% 0402
C4 1.0 пФ NP0, ±0.1 pF 0402
C5 3.9 пФ 0402
C6 1.5 пФ 0402
C7, C8, C11 100 нФ X7R, ±10% 0402
C9 1.0 нФ 0402
C10 47 нФ 0402
L1 4.7 nH High frequency chip inductor ±5% 0402
L2 27 nH 0402
L3 3.3 nH 0402
R1 1 кОм ±1%, 0.063 W 0402
U1 nRF51822-QFAC RF SoC QFN-48
X1 16 МГц Crystal SMD 2520, 16 MHz, 8 pF, ±40 ppm SMD 2520
X2 32.768 кГц Crystal SMD 3215, 32.768 kHz, 9 pF, ±20 ppm SMD 3215

nRF51822 QFAC QFN48 with low voltage mode setup fig31

Рис. 31. QFAC QFN48 с настроенным режимом пониженного напряжения питания (low voltage mode).

Таблица 93. Список компонентов (BOM) для схемы на рис. 31.

RefDes Значение Описание Посадочное место
C1, C2, C13, C14 12 пФ NP0, ±2% 0402
C3 2.2 нФ X7R, ±10% 0402
C4 1.0 пФ NP0, ±0.1 pF 0402
C5 3.9 пФ 0402
C6 1.5 пФ 0402
C7, C8, C11 100 нФ X7R, ±10% 0402
C9 1.0 нФ 0402
C10 47 нФ 0402
L1 4.7 nH High frequency chip inductor ±5% 0402
L2 27 nH 0402
L3 3.3 nH 0402
R1 1 кОм ±1%, 0.063 W 0402
U1 nRF51822-QFAC RF SoC QFN-48
X1 16 МГц Crystal SMD 2520, 16 MHz, 8 pF, ±40 ppm SMD 2520
X2 32.768 кГц Crystal SMD 3215, 32.768 kHz, 9 pF, ±20 ppm SMD 3215

nRF51822 QFAC QFN48 with DCDC converter setup fig32

Рис. 32. QFAC QFN48 с преобразователем DC/DC.

Таблица 94. Список компонентов (BOM) для схемы на рис. 32.

RefDes Значение Описание Посадочное место
C1, C2, C13, C14 12 пФ NP0, ±2% 0402
C3 2.2 нФ X7R, ±10% 0402
C4 1.0 пФ NP0, ±0.1 pF 0402
C5 3.9 пФ 0402
C6 1.5 пФ 0402
C7 4.7 мкФ X5R, ±10% 0603
C8, C11 100 нФ X7R, ±10% 0402
C9 1.0 нФ 0402
C10 47 нФ 0402
С12 1.0 мкФ 0603
L1 4.7 nH High frequency chip inductor ±5% 0402
L2 27 nH 0402
L3 3.3 nH 0402
L4 10 μH Chip inductor, IDC,min = 50 mA, ±20% 0603
L5 15 nH High frequency chip inductor ±10% 0402
R1 1 кОм ±1%, 0.063 W 0402
U1 nRF51822-QFAC RF SoC QFN-48
X1 16 МГц Crystal SMD 2520, 16 MHz, 8 pF, ±40 ppm SMD 2520
X2 32.768 кГц Crystal SMD 3215, 32.768 kHz, 9 pF, ±20 ppm SMD 3215

Схемы для других вариантов корпусов WLCSP см. в даташите [1].

[Ссылки]

1. nRF51822 Bluetooth Low Energy and 2.4 GHz SoC site:nordicsemi.com.
2. nRF51 Series Reference Manual site:nordicsemi.com.
3. nRFxx: аббревиатуры и термины.
4. NIST Special Publication 800-38C site:nvlpubs.nist.gov.
5. Bluetooth Core Specification v4.0 site:bluetooth.org.
6. Интерфейс SPI.
7. Welcome to the Infocenter! site:nordicsemi.com.
8. 210604nRFready-Smart-Remote-3-for-nRF51-series-Hardware-Files-1_0_0.zip - образцовый дизайн nRF6934-HW v1.0.0 (nRFready Smart Remote 3 for nRF51).

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Top of Page