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マルチプロトコル無線モジュールを使用したIoT製品の設計と認証の簡素化 (Digi-Key社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介)
マルツ最新情報 |
MAIL MAGAGINE No. 1778 2023. 10. 3 |
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「マルチプロトコル無線モジュールを使用したIoT製品の設計と 認証の簡素化」 (DigiKey社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介) |
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| 「アプリケーションラボ」は、DigiKey社のご協力をいただいて、DigiKey社が公開している新製品や技術情報を日本語でご紹介するWebページです。基礎技術から最新技術まで有益な情報を公開していますので、是非ご活用ください。 今回は、無線機能を持つIoT製品を開発する際に必要となる無線に関する知識と開発に役立つ無線モジュールについて解説した記事をご紹介します。 ■マルチプロトコル無線モジュールを使用したIoT製品の設計と認証の簡素化 最近は、無線機能をもったマイコンボードが安価に提供されるようになり、IoT機器の自作も簡単にできるようになりました。しかし、自社の製品に無線機能を追加しようとすると簡単ではありません。通信距離やスループット、消費電力などのトレードオフを検討し、採用する最適な無線規格を選択する必要があります。 さらに無線回路の設計や販売しようとする地域のRF認証など、面倒な作業が必要になります。そこで最も効果的な方法は、マルチプロトコルのシステムオンチップ(SoC)を使用したRF認証済みモジュールをベースにして設計することです。 Nordic Semiconductor社のArm Cortex-M4コアを採用したnRF52840 SoCは、Bluetooth Low Energy(LE)、Bluetooth Mesh、Thread、Zigbee、IEEE802.15.4、ANT+といったプロトコルをサポートしています。最近の近距離無線規格の中では、Bluetooth LE、Zigbee、Threadが主流です。 Bluetooth LEはスマートフォンなど消費者向けのほとんどの無線製品に採用されていますが、ZigbeeやThreadはメッシュネットワークの運用に利点があり産業用途に多く採用されています。 nRF52840は高機能なデバイスですが、RF性能を最大限に引き出すにはかなりの設計スキルが必要です。すなわち、電源のフィルタリング、タイミング回路、アンテナの設計と配置、インピーダンスマッチングなどを考慮して設計する必要があります。 そこで、自由度は多少制限されますがnRF52840を使用したモジュールを採用すると、RF回路の設計とRF認証にかかる時間と費用を大幅に削減することができます。
Wurth Elektronik社のSetebos-I「2611011024020」は、nRF52840を搭載しBluetooth 5.1と独自のプロトコルをサポートする2.4GHzの無線モジュールです。ファームウェアを追加することで、ThreadとZigbeeをサポートすることもできます。 基板サイズは12×8×2mmで、1/4波長のアンテナを内蔵し電磁干渉(EMI)を最小限に抑えるカバーを備えています。このモジュールは1.8～3.6Vで動作し、スリープモード時の消費電流は0.4μAです。 また、工場出荷時のファームウェアで使用する限り、製品を販売しようとする地域のRF認証(CE、UKCA、FCC、IC certificate、ETA-WPC)は取得済みです(残念ながらtelec認証は取得されていません)。モジュールを使用する最終製品にも自動的にRF認証が付与されるわけではありませんが、再テストなどは不要で事務的な手続きだけですみます。 【アプリケーションラボ】では、マルチプロトコルSoCを利用するメリット、近距離無線規格の概要、RF回路設計とモジュールの利点、無線機器の認証方法などについて解説した後、Wurth Elektronik社の2.4GHz無線モジュールを紹介しています。
Nordic社ではnRF52840 SoCのアプリケーション開発用にnRF Connect SDKというソフトウェア開発キットを用意しています。nRF Connect SDKは、nRF52840 SoCを搭載したNRF52840 DK開発キットで動作し、プロトタイプコードの開発とテストを行うことができます。 nRF52840 DKはJ-LINKプログラマとして動作するので、Setebos-I 2.4GHz無線モジュールに搭載されているnRF52840のフラッシュメモリにコードを移植することができます。 |
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