Jste zde

UART, GPIO, I²C nebo eUSB2 bezdrátově? Pomocí 60 GHz transceiveru to lze jednoduše

Libor Michalec, 27. Únor 2024 - 8:42

Bezdrátové transceivery odstraňují potřebu kabelů a konektorů v digitálních fotoaparátech, nositelných zařízeních, přenosných pevných discích nebo malých herních terminálech. Jelikož jsou určeny také do průmyslového prostředí, řeší problémy s přenosem dat v rotačních strojích.

Nejen jako cenově výhodná náhrada kabelu umožňují transceivery ST60A3H0 a ST60A3H1 vytvářet produkty s tenkým pouzdrem bez jakékoliv díry pro konektor. Tím se otevírají nové možnosti designu a navíc získáme neodolatelný styl, voděodolné pouzdro a možnost pohodlného bezdrátové dokování. Transceivery jsou nastaveny tak, aby se automaticky rozpoznaly a spárovaly, a jejich velmi nízká spotřeba energie navíc šetří výdrž baterie. Transceivery pracují v pásmu 60 GHz a poskytují tunelování eUSB2, I2C, SPI, UART a GPIO.

Transceivery dosahují spotřeby 130 mW v režimu eUSB rx/tx a pouhých 90 mW v režimech UART, GPIO a I2C a v režimu vypnutí dokonce 23 µW. Transceivery zvládnou datovou rychlost až 480 Mbit/s. ST60A3H1 má integrovanou anténu, a to usnadňuje finální návrh produktu. Dodává se v kompaktním pouzdru VFBGA o velikosti 3 x 4 mm VFBGA. ST60A3H0 je navržen pro připojení externí antény, která poskytuje flexibilitu pro vytvoření různých aplikací. Jeho velikost je menší a to 2,2 mm x 2,6 mm.

V průmyslovém prostředí bezdrátová komunikace poskytuje bezpečnou galvanickou izolaci a odolnost vůči prachu a vlhkosti. V rotačních strojích jako jsou robotická ramena je bezdrátová komunikace výhodná v tom, že netrpí mechanickým opotřebením a jejich životnost není omezena počtem otáček. To zajišťuje větší spolehlivost než sběrací kroužky nebo rotační spoje s optickými vlákny (FORJ). Transceivery lze používat bez složité instalace softwarových driverů nebo stacků. Bezdrátová konektivita umožňuje rychlé a efektivní bezkontaktní testování a ladění produktů, včetně upgrade firmware vzduchem (FOTA) během výroby nebo přímo u uživatele. Transceivery ST60A3H0 a ST60A3H1 jsou již v plné výrobě a vztahuje se na ně 10letý program životnosti, který zajišťuje dlouhodobou podporu a dostupnost.

Vlastnosti ST60A3H0 a ST60A3H1:

60 GHz V-Band transceiver pro bezkontaktní připojení s datovou rychlostí až 480 Mbit/s
RF transceiver pracující v režimu Half-Duplex (ST60A3H0)
RF transceiver a lineární polarizační anténa, pracující v režimu Half-Duplex (ST60A3H1)
50 Ω vstupní/výstupní impedance s doporučeným přechodem na PCB (ST60A3H1)
Typická hodnota link budget 34 dB (ST60A3H0)
Typická hodnota link budget 42 dB (ST60A3H1)
eUSB2, UART, GPIO nebo I²C RF tunelování
Napájení 1,8 V
eUSB2 Rx/Tx - 110/130 mW
UART/GPIO/I2C - 90 mW
Pohotovostní režim - 23 μW
Referenční hodiny mohou být použity na jednom konci RF spojení, aby byly splněny specifické regionální předpisy
Pouzdro VFBGA 2,2 x 2,6 x 0,8 mm, 30 kuliček, pole 5x6, rozteč 0,4 mm (ST60A3H0)
Pouzdro VFBGA 2,9 x 4,1 x 0,8 mm, 23 kuliček, rozteč 0,4 mm (ST60A3H1)

Více informací o transceiverech naleznete na https://www.st.com/en/wireless-connectivity/st60a3h0.html a https://www.st.com/en/wireless-connectivity/st60a3h1.html

UART, GPIO a I²C každý zná, co je ale eUSB2 ?

Specifikace vestavěného USB2 neboli eUSB2 je doplňkem k USB 2.0, která řeší problémy související s integrací řadiče rozhraní do SoC čipu. eUSB2 umožňuje provozovat rozhraní USB 2.0 na úrovni napětí 1 V nebo 1,2 V místo 3,3 V. eUSB2 tedy umožňuje SoC učinit energeticky účinnějším a to pomůže zvýšit výkon v aplikacích, jako jsou chytré telefony, tablety nebo notebooky.

Vzhledem k tomu, že SoC se stále zmenšují, zákonitě jsou i hradla uvnitř křemíku tenčí. Tenčí hradlo je schopno snést nižší napětí. U zařízení které se spoléhají na rozhraní USB 2.0 může tento trend vést ke komplikacím. Pokud výrobní proces dosáhne velikosti 7 nm, začnou kvantové efekty ovlivňovat vysokonapěťové vstupy/výstupy a napětí 3,3 V, již nelze snadno podporovat. USB 2.0 ale stále vyžaduje k provozu napětí 3,3 V. K vyřešení tohoto problému přistoupilo fórum USB Implementers a v roce 2018 vydalo specifikaci eUSB2.

Rozdíly mezi USB 2.0 a eUSB2

USB 2.0 bylo nejúspěšnějším kabelovým rozhraním za posledních 20 let a téměř všechny SoC jsou dnes vybaveny rozhraním USB 2.0. Vývoj standardů USB zachovalo původní rozhraní s napěťovou úrovní 3.3V od USB 1.0. Tím se zaručila zpětná kompatibilita. Jak se výrobní proces blíží k 5 nm, výrobní náklady na USB 2.0 s 3.3 V exponenciálně roste. eUSB2 právě řeší velikost napětí jako doplněk fyzické vrstvy ke specifikaci USB 2.0. Takže lze integrovat rozhraní eUSB2 na úrovni čipu a zároveň použít rozhraní USB 2.0 na systémové úrovni. eUSB2 se využívá na konektivitu mezi čipy prostřednictvím přímého propojení a pokud potřebujeme USB2.0 dostat ven přes konektor, tak využijeme opakovače eUSB2-USB 2.0 jako je duální opakovač TUSB2E22 USB 2.0-eUSB2 od Texasu Instruments jak je znázorněno na obrázku níže.