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采用STM32WB无线MCU的低功耗蓝牙最小BOM

已有 455 次阅读2021-10-15 16:21 |个人分类:方案

STM32WB系列无线MCU具有优异的RF性能，可用于健身和医疗或者可穿戴设备、家庭安保以及音频或者智能家居相关的应用、蓝牙信标（Beaconing）、工业设备、照明等。该MCU旨在最大限度地减少所需的外部组件数量，以确保最佳RF性能。

本文介绍了STM32WB低功耗蓝牙应用的最小物料清单（BOM），用户可以此作参考扩展功能和应用范围。

1. STM32WB简介

单片集成一个2.4GHz射频收发器和Arm Cortex-M4 Cortex-M0+双核微控制器，消除了诸多射频电路设计挑战，仅仅需要少量的外部组件。

STM32WB MCU配备许多外设，包括12位模数转换器（ADC）、数字接口和无晶振USB 2.0全速接口，具体根据所选型号而定。芯片支持的协议包括Bluetooth LE 5.2、Zigbee、OpenThread和专有协议，包括这些协议组合的并发模式。

STM32WB MCU包括嵌入式SMPS，可在电源电压较高的应用中进一步改善功耗，并降低总体功耗。得益于其内置内部稳压器和电压量程，无论外部供电电压是多少，器件在活动模式下都能保持尽可能小的消耗。这使得这些器件非常适合电池供电的便携式产品，所需供电电压可低至1.71V。此外，其多个电压域允许以低电压为产品供电（因而可以降低功耗），同时模数转换器可以更高的电源和参考电压工作，可高达3.6V。

在STM32CubeWB MCU软件包里面有很多代码示例，并提供一整套外设驱动程序（HAL和LL）和所有的必要的射频协议栈，包括用于蓝牙5.2、Zigbee 3.0、OpenThread v1.1和专有协议的802.15.4 MAC，以及多个实现这些协议栈并发模式（静态和/或动态）的例程。用户可以轻松地选择和配置Profiles和Clusters，以支持主流的标准，并受益于现成的代码示例。

2. 设计考虑

STM32WB系列器件的电源管理嵌入了强大的开关模式电源（SMPS），可在电源电压高于2V时提高电源效率，否则将使用LDO配置。为正常操作，SMPS需要两个电感和两个电容，而LDO配置则无需外部元件。

STM32WB使用HSE振荡器来产生RF时钟，必须对该组件进行微调。RF性能在很大程度上取决于PCB布局，由于使用了内部电容，无需外部部件。RF有还一个独特的RX/TX引脚，该接口为单端接口，因此也无需外部巴伦。

此外，带内预滤波有助于减少外部元件。阻抗匹配和谐波抑制分别需要一个由分立元件组成的外部PI滤波器以及一个陶瓷滤波器。天线需要另一个匹配网络。为优化BOM和性能稳定性，可使用内部无源器件（IPD）来替换这些滤波器。

3. BOM及说明

STM32WB系列采用了与符合RF指南的PCB布局有关的一组最少的外部组件。采用分立元件的优化解决方案需要22各外围元器件，采用IPD的优化方案需要19各外围元件，不带SMPS的话只需15各外围元件。

三个方案中，高频晶振NX2016标称频率为32MHZ，用以产生高速外部时钟信号；低速的NX2012晶体谐振器产生32.768KHZ的低速外部时钟信号，两个匹配电容均为4.3pF。

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