KW39/38/37

Семейство KW39/38/37

Микроконтроллеры семейства KW39/38/37, сертифицированные для использования в автомобилях (AEC-Q100 Grade 2) и промышленном оборудовании, с Bluetooth 5.0 Long-Range и интегрированными интерфейсами CAN FD и LIN, обеспечивают исключительно надёжную и стабильную связь по технологии Bluetooth^® LE в оборудовании с повышенными требованиями к безопасности, в частности в автомобильном оборудовании и промышленных системах управления.

Семейство KW39/38/37 — это микроконтроллеры для организации беспроводной связи большого радиуса действия с использованием как технологии Bluetooth Low Energy версии 5.0, так и обычной FSK-модуляции. Чувствительность –105 дБм при использовании LE-кодирования и скорости обмена 125 Кбит/с позволяют передавать данные в неблагоприятных окружающих условиях и на большое расстояние. Инновационный буфер потока данных позволяет определять параметры радиосигнала, например фазу, без останова процессора или операций прямого доступа к памяти (DMA). Это даёт возможность выполнять высокоточные измерения, требуемые для расчёта расстояния и углового положения. ВЧ модуль поддерживает до 8 одновременных безопасных соединений в любых сочетаниях ведущий/ведомый, позволяя нескольким авторизованным пользователям обмениваться данными с устройством.

Микроконтроллеры KW39/38/37 построены на базе ядра ARM Cortex M0+ и работают на частоте 48 МГц. У них имеется встроенная флэш-память объёмом до 512 КБ с коррекцией ошибок (ECC), 64 КБ статического ОЗУ (SRAM), а также интегрированные модули связи, средства обеспечения безопасности и аналоговые блоки. В микроконтроллер KW38 дополнительно встроен модуль FlexCAN, обеспечивающий беспроблемное подключение к промышленным и автомобильным CAN-сетям. Модуль FlexCAN поддерживает протокол CAN с изменяемой скоростью передачи данных (CAN FD), позволяющий увеличить пропускную способность сети и уменьшить время задержки.

В семейство KW39/38/37 входят пять микроконтроллеров, различия между которыми перечислены ниже.

Наименование	CAN FD	Второй UART с LIN	8 КБ EEPROM	Применение	Корпус
MKW37A512VFT4	Нет	Нет	Нет	Автотранспорт (AEC Q100 Grade 2)	7x7 мм, 48-выводной HVQFN, с улучшенной смачиваемостью припоем (Wettable)
MKW37Z512VFT4				Промышленное оборудование
MKW38A512VFT4	Есть	Есть	Есть	Автотранспорт (AEC Q100 Grade 2)
MKW38Z512VFT4				Промышленное оборудование
MKW39A512VFT4	Нет	Нет	Есть	Автотранспорт (AEC Q100 Grade 2)

Семейство KW39/38/37 | Основные характеристики

Ключевые особенности микроконтроллеров KW39/38/37 приведены ниже.

• Упрощённая интеграция соединения по Bluetooth
  • Bluetooth 5.0 и Generic FSK, 8 одновременных подключений
  • Совместимость с Wi-Fi
  • ВЧ модуль 3-го поколения компании NXP обеспечивает лучшие рабочие характеристики в соответствии с актуальными вариантами использования
  • Прямой доступ к регистрам ВЧ модуля для реализации собственных приложений локализации
• Поддержка протоколов CAN FD и LIN
  • CAN FD и два модуля UART (с низким энергопотреблением) с поддержкой LIN
  • Простое подключение к проводным сетям передачи данных транспортных средств и промышленного оборудования
  • CAN FD для увеличения пропускной способности сети и уменьшения времени задержки, что требуется во многих автомобильных и промышленных устройствах
• Сертифицированы для использования в автомобильном и промышленном оборудовании
  • Сертифицированы для использования на автотранспорте по AEC Q100-Grade 2 (версия A)
  • Сертифицированы для использования в промышленном оборудовании (версия Z)
  • Диапазон рабочих температур (окружающая среда): –40…+105°C
  • ПО соответствует требованиям стандартов MISRA и ASPICE

Новое поколение микроконтроллеров KW39/38/37, сертифицированных для использования на транспорте (AEC-Q100 Grade 2) и в промышленном оборудовании, позволяет организовать беспроводную связь большого радиуса действия с использованием как технологии Bluetooth Low Energy версии 5.0, так и обычной FSK-модуляции. Чувствительность –105 дБм при использовании LE-кодирования и скорости обмена 125 Кбит/с позволяет передавать данные в неблагоприятных окружающих условиях и на большое расстояние. В приведённых ниже таблицах показаны преимущества микроконтроллеров KW39/38/37 в сравнении с микроконтроллерами KW36/35/34. Резюмируя, можно сказать, что новые микроконтроллеры обладают лучшими ВЧ характеристиками, а также поддерживают больше функциональных возможностей стандарта Bluetooth 5.0.

Версия стандарта	Особенности	Описание	Категория	KW34-36	KW37-39
5.0	Исправленные ошибки	Перечень замеченных ошибок и опечаток (Errata) в спецификации 4.2	Обязательно	√	√
	LE 2M PHY	Более высокая скорость передачи данных	Опционально	x	√
	LE coded PHY	Больший радиус действия, поддерживаются скорости обмена данными 125/500 Кбит/с. Доступно на LE 1M PHY	Опционально	x	√
	Расширения для широковещательных LE рассылок	Разрешены более длинные широковещательные пакеты, дополнительные каналы и больше типов широковещательных рассылок	Опционально	x	√
	Уменьшенный минимальный интервал между широковещательными рассылками	Уменьшенный минимальный интервал между не требующими соединения широковещательными рассылками, маячки могут чаще посылать сигналы	Опционально	x	√
	Алгоритм #2 выбора канала LE	Возможность избежать помех и искажений типа интерференционного замирания	Опционально	x	√

	NXP KW36/35/34	NXP KW39/38/37
Ядро	48 МГц, Cortex M0+
Память (Flash/RAM/EEPROM)	256 КБ P-Flash + 256 КБ (D-Flash или FlexNVM с ECC)/64 КБ/8 КБ (только 34A/36A/38A/39A)
Напряжение питания (DC/DC)	2.1…3.6 В
ВЧ модуль	Bluetooth LE 5 1 Мбит/с До 8 одновременных соединений GFSK (250К/500К/1 Мбит/с)	Bluetooth LE 5 1 & 2 Мбит/с (высокая скорость) 125К/500 Кбит/с, большой радиус действия (Coded PHY) До 8 одновременных соединений GFSK (250К/500К/1 Мбит/с / 2 Мбит/с)
Мощность ВЧ передатчика	+3.5 дБм на разъёме антенны (возможно +5 дБм)	+5 дБм на разъёме антенны
Чувствительность приёмника Bluetooth LE Uncoded Bluetooth LE Coded (большой радиус действия) GFSK, 250 Кбит/с – BT=0.5, H=0.5	–95 дБм (1 Мбит/с) — –99 дБм	–98 дБм (1 Мбит/с)/–95.5 дБм (2 Мбит/с) –105 дБм (125 Кбит/с)/–101 дБм (500 Кбит/с) –101 дБм
Потребляемая мощность (Rx/Tx)	6.3 мА/5.7 мА (0 дБм)	6.3 мА/5.7 мА (0 дБм)
Прочее	Гибкость ВЧ модуля (доступ к внутренним регистрам), что важно для реализации функции локализации, программная поддержка	Гибкость ВЧ модуля (доступ к внутренним регистрам), что важно для реализации функции локализации, программная поддержка Расширенная поддержка локализации
Сертификация	AEC-Q100 Grade 2, Industrial

Семейство KW39/38/37 | Применение

Автотранспорт

• CAS-системы (системы защиты от угона и разрешения запуска двигателя)
• Системы бесключевого доступа
• Системы PEPS (бесключевой доступ и запуск двигателя)
• Каршеринг
• Беспроводная диагностика автомобильного оборудования
• Датчики
• Системы контроля давления в шинах (TPMS)

Промышленность

• Системы управления и мониторинга зданий
• Системы HVAC (обогрев, вентиляция и кондиционирование воздуха)
• Системы пожарной безопасности
• Управление ценообразованием розничных товаров
• Системы сбора данных
• Мосты CAN — BLE

Интеллектуальные устройства

• Трекеры розничных товаров
• Отслеживание материальных активов

Появление устройств с новым функционалом для автотранспорта стимулирует разработку таких микроконтроллеров, как KW39/38/37 и обеспечивает новые возможности для клиентов NXP.

Семейство KW39/38/37 | Обзор продукции

Структурная схема

ВЧ модуль и его особенности

• ВЧ модуль стандарта 2.4 ГГц Bluetooth Low Energy версии 5.0, поддерживающий до 8 одновременных аппаратных соединений в любом сочетании ведущий/ведомый
• Generic FSK-модуляция
  • Скорость обмена данными: 250, 500 и 1000 Кбит/с
  • Тип модуляции: GFSK BT = 0.3, 0.5, 0.7, 1.0; FSK/MSK
  • Глубина модуляции: 0.32, 0.5 или 0.7
• Высокая скорость (2 Мбит/с), большой радиус действия, расширенные широковещательные рассылки
• Чувствительность приёмника в режиме BLE 1 Мбит/с: –98 дБм
• Чувствительность приёмника в режиме BLE Long-Range 125 Кбит/с: –105 дБм
• Чувствительность Generic FSK (при 250 Кбит/с): –101 дБм (тип.)
• Программируемая выходная мощность передатчика: от –30 до +5 дБм
• Небольшое количество внешних компонентов: недорогие конечные устройства и уменьшенные габариты
• Встроенный согласующий трансформатор с несимметричным двунаправленным ВЧ портом
• Увеличение радиуса действия приёмопередатчика за счёт использования внешнего усилителя мощности и/или малошумящего усилителя
• Расширенные автоматические режимы глубокого «сна» (Deep Sleep Modes — DSM) Bluetooth LE с поддержкой пропуска соединений ведомым устройством, не имеющим данных для отправки (Slave Latency)

Микроконтроллер и память

• Ядро ARM Cortex-M0+, частота до 48 МГц
• Контроллер вложенных векторных прерываний (Nested Vectored Interrupt Controller — NVIC)
• Контроллер выхода из режима «сна» по прерываниям (Wake-up Interrupt Controller — WIC)
• Однопроводной отладочный интерфейс (Single Wire Debug — SWD) и буфер микротрассировки
• KW37: 512 КБ флэш-памяти программ с коррекцией ошибок (ECC)
• KW39/38
  • 256 КБ флэш-памяти программ плюс 256 КБ FlexNVM-памяти с коррекцией ошибок (ECC)
  • 8 КБ FlexRAM, поддерживающей эмуляцию EEPROM
• 64 КБ встроенной SRAM
• Схема обеспечения безопасности, предотвращающая неавторизованный доступ к содержимому флэш-памяти и ОЗУ посредством отладчика

Низкое энергопотребление

• Ток приёмопередатчика (DC/DC-преобразователь в понижающем режиме, питание 3.6 В)
  • Ток приёмника (тип.): 6.3 мА
  • Ток передатчика (тип.): 5.7 мА при выходной мощности 0 дБм
• Ток в режиме пониженного энергопотребления (VLLS0): 250 нА

Тактирование

• 26 МГц и 32 МГц для режимов Bluetooth LE и Generic FSK
• Кварцевый резонатор 32.768 кГц

Условия эксплуатации

• Напряжение питания: от 1.71 до 3.6 В
• Диапазон температур окружающей среды: от –40 до +105°C
• Сертифицированы (AEC Q100 Grade 2) для использования на автотранспорте (KW39A/38A/37A)
• Сертифицированы для использования в промышленном оборудовании (KW38Z/37Z)

Человеко-машинный интерфейс

• Линии ввода/вывода общего назначения с возможностью генерации прерываний

Системная периферия

• Девять режимов пониженного энергопотребления позволяют оптимизировать потребляемую мощность в зависимости от требований, предъявляемых к устройству
• DC/DC-преобразователь, поддерживающий понижающий (Buck) и проходной (Bypass) режимы
• Контроллер прямого доступа к памяти (DMA)
• Сторожевой таймер (COP)
• Последовательный отладочный интерфейс (SWD) и буфер микротрассировки (MTB)
• Возможны побитовые операции (Bit Manipulation Engine)

Аналоговые модули

• 16-битный аналого-цифровой преобразователь (ADC)
• 6-битный быстродействующий аналоговый компаратор (CMP)
• Источник опорного напряжения 1.2 В (VREF)

Таймеры

• 16-битный таймер с низким энергопотреблением (LPTMR)
• Три модуля таймеров (TPM) с возможностью генерации ШИМ-сигнала: один 4-канальный TPM и два 2-канальных TPM
• Программируемый таймер прерываний (PIT)
• Часы реального времени (RTC)

Коммуникационные интерфейсы

• 2 модуля SPI
• 2 модуля I²C
• Модуль UART с пониженным потреблением (LPUART) и с поддержкой интерфейса LIN (2xLPUART в KW38)
• Таймер модулятора несущей (CMT)
• Модуль FlexCAN (с CAN FD поддерживается скорость обмена до 3.2 Мбит/с) в KW38

Безопасность

• Аппаратный ускоритель AES-128 (AESA) с LTC
• Генератор истинно случайных чисел (TRNG)
• Усиленная защита флэш-памяти программ
• 80-битный уникальный идентификатор кристалла
• 40-битное уникальное значение для MAC-адреса
• Безопасные соединения Bluetooth LE

Корпус

• 7x7 мм, 48-выводной HVQFN со «смачиваемыми» боковыми гранями. Совместимость по выводам с семейством KW36/35/34.

Поддержка: отладочные и оценочные платы

Отладочная плата FRDM-KW38

Отладочная плата FRDM-KW38 Freedom

• Включает MKW38Z512VHT4
• Может быть сконфигурирована как хост или как дочерняя плата для подключения к хост-процессору
• Поддерживает все конфигурации DC/DC-преобразователя
• Печатная инвертированная F-антенна
• Минимальное количество согласующих компонентов
• Соответствует FCC Part 15 и EN300 328
• Последовательная флэш-память для обновления программного обеспечения по радиоканалу (OTA)
• Встроенный цифровой датчик NXP FXOS8700CQ, 3-осевой акселерометр (±2g/±4g/±8g), 3-осевой магнитометр
• Возможность подключения к шинам CAN/LIN
• Отладочные интерфейсы OpenSDA и JTAG
• Полная поддержка MCUXpresso

Поддержка: программное обеспечение

• MCUXpresso SDK
  • Сертифицированные стеки Bluetooth 5 Host и Controller от NXP
  • Профили Bluetooth LE 5.0 доступны в виде исходных кодов
  • Программное обеспечение для определения дальности по методам ToF (по времени прохождения сигнала) и PDE (по фазовому сдвигу)
  • Большой набор надёжных драйверов периферии, стеков и промежуточного ПО
  • Содержит примеры программного обеспечения, демонстрирующие использование драйверов периферии и промежуточного ПО
• Поддерживаемые интегрированные среды разработки
  • MCUXprersso IDE
  • IAR® Embedded Workbench
• Конфигуратор MCUXpresso Config Tools
  • Интегрированная среда конфигурирования, которая помогает пользователю пройти путь от первоначальных оценок до создания программного обеспечения
  • Содержит инструментарий для конфигурирования выводов, системы тактирования и периферии, генерирующий код MCUXpresso SDK

Лабораторное и тестовое программное обеспечение

• IoT Toolbox — приложение для Apple iOS
  • IoT Toolbox-iOS — мобильное приложение, которое демонстрирует функциональность NXP Bluetooth Low Energy. Включает в себя демонстрационные программы OTAP (Over-the-Air-Provisioning), радиомаячков (Beacons), тонометра (Blood Pressure), измерителя пульса (Heart Rate) и различных датчиков
  • Можно загрузить из iTunes App Store
• IoT Toolbox — приложение для Google Android
  • IoT Toolbox-Android — это мобильное приложение, которое демонстрирует функциональность NXP Bluetooth Low Energy. Включает в себя демонстрационные программы OTAP (Over-the-Air-Provisioning), радиомаячков (Beacons), тонометра (Blood Pressure), измерителя пульса (Heart Rate) и различных датчиков
  • Можно загрузить из Google Play
• Инструменты тестирования коммуникационных устройств
  • Сюда входят следующие приложения: Command Console (командная консоль), Firmware Loaders Script Server (сервер скриптов загрузчиков программного обеспечения), Protocol Analyzer (анализатор протоколов), Radio Test Radio Coexistence Test (тестирование радиосвязи, проверка отсутствия влияния радиоустройств друг на друга), Over-the-Air Updates (OTA) (обновление по радиоканалу)