Малое потребление - большие возможности: Wi-Fi-приемопередатчики от GainSpan

Wi-Fi по праву занимает одну из лидирующих позиций среди существующих беспроводных радиотехнологий. Его достоинствами являются высокая скорость передачи данных, достаточный радиус действия, множество доступных наработок как в области ПО, так и в области микросхем и модулей. Однако есть у него и недостатки. Расплатой за высокую пропускную способность и дальность связи в большинстве случаев становится высокое потребление. Это мешает распространению Wi-Fi в ряде приложений. Компания GainSpan пытается преломить ситуацию, выпуская на рынок Wi-Fi-приемопередатчики на базе микросхемы GS2000 с ультранизким потреблением (Рис. 1).

Рис. 1.	Малопотребляющий Wi-Fi-приемопередатчик.

Хорошо известно, что потребление электронных цифровых микросхем состоит из двух компонентов: статической и динамической потребляемой мощности. В большинстве случаев статическая мощность невелика и определяется входными токами транзисторов. Основной вклад в общее потребление вносит динамическая составляющая. При этом она сильно зависит от технологии производства микросхемы, рабочей частоты, напряжения питания.

Компания GainSpan решила проблему снижения потребления для Wi-Fi-приемопередатчика GS2000 с помощью комплексного подхода.

Во-первых, применялась запатентованная технология производства, обеспечившая сверхнизкие статические токи потребления. Например, в энергосберегающих режимах standby/deep питающий ток составляет всего 260 нА!

Во-вторых, GS2000 использует развитую систему режимов пониженного потребления (standby, sleep, deep sleep).

В-третьих, вход и выход из режимов пониженного потребления требует рекордно малого времени. Так, уже через 2 миллисекунды после пробуждения GS2000 готов к передаче данных!

GS2000 – высокоинтегрированная малопотребляющая система на кристалле (SOC), которая способна работать в сетях стандартов IEEE802.11b/g/n и 802.15.4 (ZigBee IP). Внутренняя структура GS2000 впечатляет (Рис. 2).

Рис. 2.	Блок-схема Wi-Fi-приемопередатчика GS2000 от GainSpan.

Базовым компонентом структурной схемы GS2000 является двухъядерный ARM Cortex-M3 процессор, способный работать на частотах до 120 МГц. При этом одно из ядер используется для поддержки протоколов IEEE802.11b/g/n и 802.15.4, а второе – для приложений.

Еще одно важное достоинство GS2000 – наличие MAC/PHYIEEE 802.11b/g/n и 802.15.4, а также интегрированных усилителей (PA, LNA) и ВЧ ключа. Для создания радиоканала необходимо лишь добавить антенну.

Также стоит отметить присутствие встроенной памяти (ОЗУ, ПЗУ), контроллера внешней FLASH-памяти и богатую периферию (АЦП, ЦАП, GPIO, ШИМ).

Для обмена GS2000 с дополнительным внешним контроллером могут быть использованы поддерживаемые интерфейсы: SPI, UART, SDIO.

Сверхнизкое потребление позволяет GS2000 работать от аккумулятора или батарейки в течение длительного времени, вплоть до нескольких лет! При этом развитая структура и богатая периферия дают возможность создания сложных приложений. Все это делает GS2000 отличным выбором для целого ряда приложений: автономные беспроводные счетчики энергии, спортивная электроника, медицинская электроника, потребительские портативные устройства и т. д.

Для создания полноценного передатчика на базе GS2000 потребуется всего несколько внешних элементов. Доказательством этого стали новые модули приемопередатчиков от GainSpan (Рис. 3).

Рис. 3.	Внешний вид модульных Wi-Fi-приемопередатчиков от GainSpan.

GS2011MIZ – модульный Wi-Fi-приемопередатчик IEEE 802.11b/g/n. Имеет встроенную печатную антенну и 4 Мбайт FLASH. Габариты модуля 22.8 × 32.5 × 3.63 мм.

GS2011MIE – аналогичен GS2011MIZ, но требует внешней антенны, подключаемой к установленному u.FL разъему.

GS2011MIZ и GS2011MIE созданы для замены устаревших модулей GS1011M и GS1500M. Для ознакомления с их особенностями доступны отладочные платы GS2011MIZ-EVB3-S2W и
GS2011MIE-EVB3-S2W.

GS2011MIPS – модульный Wi-Fi-приемопередатчик IEEE 802.11b/g/n. Имеет встроенную печатную антенну и 2 Мбайт FLASH. Габариты модуля 19.4 × 28.7 × 3.35 мм.

GS2011MIES – аналогичен GS2011MIPS, но требует внешней антенны, подключаемой к установленному u.FL разъему.

GS2011MIPS и GS2011MIES созданы для замены устаревших модулей GS1011MxxS. Для ознакомления с их особенностями доступны отладочные платы GS2011MIPS-EVB3-S2W и GS2011MIES-EVB3-S2W.

GS2100MIP – модульный Wi-Fi-приемопередатчик IEEE 802.11b/g/n. Имеет встроенную печатную антенну и 2 Мбайт FLASH. Габариты модуля 18 × 25 × 2.5 мм. Еще одной особенностью модуля является наличие трех 16-битных сигма-дельта АЦП.

GS2100MIE – аналогичен GS2100MIP, но требует внешней антенны, подключаемой к установленному u.FL разъему.

Для ознакомления с особенностями GS2100MIP и GS2100MIE доступны отладочные платы GS2100MIP-EVB3-S2W и GS2100MIE-EVB3-S2W.

GS2200MIZ – уникальный малопотребляющий и малогабаритный Wi-Fi-приемопередатчик IEEE 802.11b/g/n. Габариты модуля составляют всего 13.5 × 17.85 × 2.1 мм. GS2200MIZ имеет встроенную керамическую антенну и 4 Мбайт памяти. Для ознакомления с данным модулем можно воспользоваться отладочной платой GS2200MIZ-EVB.

Характеристики GS2000:

• процессор: двухъядерный 32-битный ARM Cortex M3 с рабочей частотой до 120 МГц;
• скорость передачи данных: до 72.2 Мбит/с (802.11n), до 54 Мбит/с (802.11g), до 11 Мбит/с (802.11b), 250 кбит/с (802.15.4);
• сетевые протоколы: TCP, UDP, IPv4, IP v6, TLS, SNTP client, DHCP v4, DHCP v6, DNS, mDNS, DNS-SD, HTTP/HTTPs, XML;
• периферийные блоки: ADC, DAC, PWM, GPIOs;
• интерфейсы: UART, SPI, SDIO, I²C, I²S;
• диапазон рабочих температур: -40…+85 °C;
• корпус: 9 × 9 мм QFN-124, 8 × 8 мм QFN-68.

Характеристики модулей GS2011MIE/GS2011MIZ:

• поддерживаемые радио протоколы: IEEE 802.11b/g/n;
• рабочий диапазон частот: 2,4…2.495 ГГц;
• скорость передачи данных: до 72.2 Мбит/с (802.11n), до 54 Мбит/с (802.11g), до 11 Мбит/с (802.11b);
• мощность передатчика: +17 дБм (802.11b 1 Мбит/с), +15 дБм (802.11g 6 Мбит/с), +14 дБм (802.11n MCS0);
• чувствительность приемника: -91 дБм (802.11b 1 Мбит/с), -88 дБм (802.11g 6 Мбит/с), -88 дБм (802.11n MCS0);
• антенна: встроенная печатная (GS2011MIZ), разъем u.FL для внешней антенны (GS2011MIE);
• интерфейсы и периферия: SPI, UART, SDIO, I²C, I²S, GPIO (27), ADC (2), JTAG, PWM (3), RTC (3);
• FLASH: 4 МБайт;
• габариты: 22.8 × 32.5 × 3.63 мм;
• питание: 2.7…3.6 В, от аккумулятора 1.6…3.6 В;
• диапазон рабочих температур: -40…+85 °C;
• обратная совместимость с предыдущими модулями: GS1011MIE и GS1011MIP.

Характеристики модулей GS2011MIES/GS2011MIPS:

• поддерживаемые радио протоколы: IEEE 802.11b/g/n;
• рабочий диапазон частот: 2.4…2.495 ГГц;
• скорость передачи данных: до 72.2 Мбит/с (802.11n), до 54 Мбит/с (802.11g), до 11 Мбит/с (802.11b);
• мощность передатчика: +17 дБм (802.11b 1 Мбит/с), +15 дБм (802.11g 6 Мбит/с), +14 дБм (802.11n MCS0);
• чувствительность приемника: -91 дБм (802.11b 1 Мбит/с), -88 дБм (802.11g 6 Мбит/с), -88 дБм (802.11n MCS0);
• антенна: встроенная печатная (GS2011MIPS), разъем u.FL для внешней антенны (GS2011MIES);
• интерфейсы и периферия: SPI, UART, SDIO, I²C, I²S,GPIO (24), ADC, PWM (2), RTC (2);
• FLASH: 2 МБайт;
• габариты: 19.4 × 28.7 × 3.35 мм;
• питание: 2.7…3.6 В, от аккумулятора 1.6…3.6 В;
• диапазон рабочих температур: -40…+85 °C;
• обратная совместимость с предыдущими модулями: GS1011MxxS.

Характеристики модулей GS2100MIE/GS2100MIP:

• поддерживаемые радиопротоколы: IEEE 802.11b/g/n;
• рабочий диапазон частот: 2.4…2.495 ГГц;
• скорость передачи данных: до 72.2 Мбит/с (802.11n), до 54 Мбит/с (802.11g), до 11 Мбит/с (802.11b);
• мощность передатчика: +17 дБм (802.11b 1 Мбит/с), +15 дБм (802.11g 6 Мбит/с), +14 дБм (802.11n MCS0);
• чувствительность приемника: -91 дБм (802.11b 1 Мбит/с), -88 дБм (802.11g 6Мбит/с), -88 дБм (802.11n MCS0);
• антенна: встроенная печатная (GS2100MIP), разъем u.FL для внешней антенны (GS2100MIE);
• интерфейсы и периферия: SPI, UART, SDIO, I²C, I²S,GPIO (16), ADC(3), JTAG,PWM (3), RTC;
• FLASH: 2 МБайт;
• габариты: 18 × 25 × 2.5 мм;
• питание: 2.7…3.6 В, от аккумулятора 1.6…3.6 В;
• диапазон рабочих температур: -40…+85 °C.

Характеристики модулей GS2200MIZ:

• поддерживаемые радио протоколы: IEEE 802.11b/g/n;
• рабочий диапазон частот: 2.4…2.495 ГГц;
• скорость передачи данных: до 72.2 Мбит/с (802.11n), до 54 Мбит/с (802.11g), до 11 Мбит/с (802.11b);
• мощность передатчика: +15 дБм (802.11b 1 Мбит/с), +14 дБм (802.11g 6 Мбит/с), +14 дБм (802.11nMCS0);
• чувствительность приемника: -91 дБм (802.11b 1 Мбит/с), -88 дБм (802.11g 6 Мбит/с), -88 дБм (802.11nMCS0);
• антенна: встроенная керамическая;
• интерфейсы и периферия: SPI, UART, SDIO, I²C, I²S,GPIO (19), ADC(2), JTAG, PWM (3), RTC;
• FLASH: 4 МБайт;
• габариты: 13.5 × 17.85 × 2.1 мм;
• питание: 2.7…3.6 В, от аккумулятора 1.6…3.6 В;
• диапазон рабочих температур: -20…+70 °C.

О компании

GainSpan – один из лидеров в области разработки электронных компонентов для беспроводных систем. Основное направление деятельности компании – создание и производство микросхем, модулей и готовых решений, соответствующих стандартам IEEE 802.11.

С 2006 года компания GainSpan производит микросхемы приемопередатчиков Wi-Fi, которые применяются в различных приложениях от потребительской до промышленной электроники, а также для реализации технологии «Интернета вещей».

Посмотреть подробные характеристики WI-FI-приемопередатчиков GAINSPAN