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BLE und LoRa vereint: Antenna-in-Package-Lösung für IoT

| Redakteur: Michael Eckstein

Ein neues Ultraminiatur-Funkmodul vereint Bluetooth Low Energy und LoRa samt Antennen in einem kleinen Gehäuse. Somit unterstützt es hohe Datenraten auf kurzer Distanz und gleichzeitig eine hohe Reichweite. Ein möglicher Einsatzzweck wären smarte Verbrauchszähler.

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Doppelherz: Ähnlich wie bei seinem UWB/BLE-Modul hat Insight SiP zwei Funkchips samt Antennen in einem schlanken Gehäuse integriert - einer für BLE, einer für LoRa.
Doppelherz: Ähnlich wie bei seinem UWB/BLE-Modul hat Insight SiP zwei Funkchips samt Antennen in einem schlanken Gehäuse integriert - einer für BLE, einer für LoRa.
(Bild: Insight SiP)

Was tun, wenn ein IoT-Gerät auf kurze Distanz viele Daten übertragen und gleichzeitig zum Beispiel Statusmeldungen über große Entfernungen senden soll? Eine Lösung ist, zwei für den jeweiligen Anwendungsfall optimierte Funktechniken zu integrieren. Genau das hat Hersteller Insight SiP getan: Der nach eigenen Worten „Spezialist für Ultraminiatur RF-Module“ hat seine Bluetooth-Low-Energy-(BLE-)Modulbaureihe um ein Modell mit LoRa-Funktionalität erweitert.

LoRa ist eine Technik zur Weitbereichsvernetzung von IoT-Geräten und kommt dort zum Einsatz, wo wenig Daten über weite Entfernungen ausgetauscht werden und die Geräte über eine lange Zeit im Batteriebetrieb arbeiten sollen. LoRa kann sowohl über öffentliche Netzwerke als auch in einem privaten Netzwerk arbeiten. Dadurch ist diese Lösung besonders flexibel.

Semtech-Chip sorgt für LoRa-Funktionalität

Die LoRa-Implementierung im Insight-SiP-Modul basiert auf einem Semtech 126x Chipsatz. Der Semtech-Chip wird über den ARM Cortex M4 des Nordic-Chip betrieben. Mit zukünftigen Varianten will das Unternehmen später verschiedene Märkte adressieren.

Mit BLE hat Insight SiP hingegen einen Übertragungskanal mit größerer Bandbreite realisiert, der für Inbetriebnahme, Software-Updates, Wartung oder zur Anbindung lokaler Sensoren genutzt werden kann. Der BLE-Teil des ISP4520 integriert den WLCSP-Chip nRF52832 von Nordic Semiconductor.

Patentierte Technik für Integration der Antennnen

Das EU-zertifizierte Modul ISP4520 nutzt laut Hersteller die patentierte „Antenna in Package”-Technik von Insight SIP, um neben den Funkkomponenten, Anpassnetzwerk, 32-MHz-/32-kHz-Quarzoszillatoren und DC-DC-Wandler auch die nötigen Antennen in ein nur 9 mm x 17 mm x 1,5 mm kleinen „System in Package“ zu integrieren.

Das Modul ISP4520 basiert auf einem Cortex-M4F-Prozessor von ARM mit 512 kByte Flash- und 64 kByte RAM-Speicher. Das bietet Anwendern ausreichend Platz für Anwendungscode und erlaubt das Integrieren der BLE- und LoRa-Protokoll-Stacks. Integriert sind zudem Schnittstellen für analoge und digitale Peripherie einschließlich 30 GPIOs, ein Analog-Digital-Wandler sowie SPI-, I2C- und UART-Schnittstellen.

Ausgelegt für Batteriebetrieb

Laut Nick Wood, Vertriebs- und Marketingdirektor bei Insight SiP, ist das Modul für Batteriebetrieb ausgelegt. Für unterschiedliche Kundenanforderungen beherrsche es mehrere Tiefschlaf-Modi zur Energieeinsparung. Seine Standby-Stromaufnahme soll lediglich 0,5 µA betragen. „Beim Senden und Empfang per BLE nimmt es rund 5 mA Strom auf“, sagt Wood, „Im LoRa-Betrieb ist die Stromaufnahme abhängig von der gewählten Ausgangsleistung.“

Insight SiP nutzt die Nordic Bluetooth Software, die jetzt einen vollständigen Bluetooth V4.2 Stack unterstützt und für Bluetooth 5.0 vorbereitet ist. Das Unternehmen stellt dem Modul ein Entwicklungs-Kit samt Beispiel-Software zur Seite.

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