ST公司的SPBTLE-1S是蓝牙Smart v4.2非常低功耗系统级芯片(SoC)应用处理器模块,基于高性能超低功耗Cortex-M0 32位处理核,嵌入可编程160KB闪存和24KB RAM,和BT标准v4.2和BDE兼容,最大发送功率+ 5 dBm,以微型尺寸集成了无线电,嵌入天线和高频振荡器,提供完整的RF平台.主要用在物联网(IoT),智能家居,建筑物和工业自动化,智能照明,健美和健身与体育,消费类医疗电子,PC和智能手机外设以及安全系统.本文介绍了SPBTLE-1S主要特性和框图,评估板STEVAL-IDB007V1M主要特性和主要元件,电路图,材料清单.

The SPBTLE-1S is a Bluetooth® low Energy System-on-Chip application processor certified module, compliant with BT specifications v4.2 and BQE qualified. The SPBTLE-1S module supports multiple roles simultaneously and can act at the same time as Bluetooth Smart master and slave device.

The SPBTLE-1S is based on BlueNRG-1 system-on-chip and entire Bluetooth Low Energy stack and protocols are embedded into module.

The SPBTLE-1S module provides a complete RF platform in a tiny form factor. Radio, embedded antenna and high frequency oscillators are integrated to offer a certified solution to optimize the time to market of the final applications.

The SPBTLE-1S can be powered directly with a pair of AAA batteries or any power source from 1.7 to 3.6 V.

The SPBTLE-1S is a Bluetooth Low Energy application processor module compliant with Bluetooth® specifications v4.2 with embedded ceramic antenna.

The SPBTLE-1S module has been designed around the ST BlueNRG-1 SoC where its Cortex-M0 core can execute both Bluetooth protocols and customer application. A complete power-optimized Bluetooth stack library provides:

 Master, slave, multiple roles support

 GAP: central, peripheral, observer or broadcaster roles

 Simultaneous advertising and scanning

 capability of being slave of up to two masters simultaneously

 ATT/GATT: client and server

 SM: privacy, authentication and authorization

 L2CAP

 Link Layer: AES-128 encryption and decryption

The SPBTLE-1S has 160 KB embedded Flash and 24 KB embedded RAM memory.

In the module are available 32 MHz and 32 KHz crystal oscillators. It has been designed to leverage the BlueNRG-1 integrated DC-DC step down converter in order to achieve best power consumption in active mode.

It can be configured to support both application processor (host-less) and network processor (hosted) modes.

Being based on the BlueNRG-1 SoC, the SPBTLE-1S module leverages all the tools and documentation of its ecosystem: Development Kit, Application Notes, User Manuals, Design Notes & Tips. A wide set of sample programs are also available in C source code.

The SPBTLE-1S module has a wide set of peripherals available for customer application (1 x UART interface, 1 x SPI interface, 2 x I2C interface, 14 GPIO, 2 x multifunction timer, 10- bit ADC, Watchdog & RTC, DMA controller, PDM stream processor).

The SPBTLE-1S module enables wireless connectivity into electronic devices, not requiring any RF experience or expertise for integration into the final product. The SPBTLE-1S module provides a complete RF application platform in a tiny form factor (11.5 x 13.5 x 2.0 mm) and being a certified solution optimizes the time to market of the final applications.

The SPBTLE-1S module allows applications to meet the tight advisable peak current requirements imposed with the use of standard coin cell batteries. Optimized results are obtained with the embedded high-efficiency DC-DC step-down. SPBTLE-1S can be powered directly with a standard 3 V coin cell battery as with a pair of AAA batteries or any power source from 1.7 to 3.6 V.

SPBTLE-1S主要特性:

 Bluetooth v4.2 compliant

 Supports master and slave modes

 Multiple roles supported simultaneously

 High performance, ultra-low power Cortex-M0 32-bit based architecture core

 Programmable embedded 160 KB Flash

 24 KB embedded RAM with data retention

 Interfaces:

 1 x UART, 2 x I²C, 1xSPI, 14 x GPIO, 2 x multifunction timer, 10-bit ADC, Watchdog & RTC, DMA controller, PDM stream processor, SWD debug Interface

 Bluetooth radio performance:

 Max Tx power: + 5 dBm

 Excellent link reliability

 On-board chip antenna

 Small form factor: 11.5 mm x 13.5 mm

 Complemented with Bluetooth low energy protocol stack library (GAP, GATT, SM, L2CAP, LL)

 AES security co-processor

 Bluetooth low energy SDK with wide range of profile available

 Certifications:

 EU (RED) Type certificate

SPBTLE-1S应用:

 Internet of Things

 Smart Home

 Building and Industrial Automation

 Smart Lighting

 Remote and access control

 Fitness, wellness and sports

 Consumer medical

 Security and proximity

 Assisted living

 PC and smart phone peripherals

图1.SPBTLE-1S框图

评估板STEVAL-IDB007V1M

The STEVAL-IDB007V1M evaluation platform is based on the SPBTLE-1S, BlueNRG-1 SoC ICs, low power Bluetooth® smart system-on-chip, compliant with the Bluetooth® v4.2 specification and supporting master, slave and simultaneous master-and-slave roles.

The STEVAL-IDB007V1M also provides a set of hardware resources for a wide range of application scenarios: sensor data (accelerometer, pressure and temperature sensors), remote control (buttons and LEDs) and debug message management via USB virtual COM.

Three power options are available (USB only, battery only and external power supply + USB) for high application development and testing flexibility.

评估板STEVAL-IDB007V1M主要特性:

Bluetooth® SMART board with the SPBTLE-1S certified module based on the BlueNRG-1 Bluetooth low energy system-on-chip

Associated BlueNRG-1 development kit SW package including firmware and documentation

Up to +5 dBm available output power

Bluetooth® low energy v4.2 compliant, supports master, slave and simultaneous master-and-slave roles

Integrated balun which integrates a matching network and harmonics filter

SMA connector for antenna or measuring equipment

3 user LEDs

2 user buttons

3D digital accelerometer and 3D digital gyroscope

MEMS pressure sensor with embedded temperature sensor

Battery holder

JTAG debug connector

USB to serial bridge for providing I/O channel with the BlueNRG-1 device

Jumper for measuring current for BlueNRG-1 only

RoHS compliant

图2.评估板STEVAL-IDB007V1M外形图

评估板STEVAL-IDB007V1M包括:

an SPBTLE-1S module development platform

a 2.45 GHz module integrated Bluetooth antenna

a USB cable

图3.评估板STEVAL-IDB007V1M元件图

评估板STEVAL-IDB007V1M元件描述表:

图4.评估板STEVAL-IDB007V1M电路图: Arduino连接器

图5.评估板STEVAL-IDB007V1M电路图:JTAG

图6.评估板STEVAL-IDB007V1M电路图: SPBTLE-1S模块(BlueNRG-1)

图7.评估板STEVAL-IDB007V1M电路图:电源管理和传感器

图8.评估板STEVAL-IDB007V1M电路图:按钮和LED

图9.评估板STEVAL-IDB007V1M电路图:微处理器

图10.评估板STEVAL-IDB007V1M电路图:USB,电平转换器, micro JTAG

图11.评估板STEVAL-IDB007V1M电路图:EEPROM/开关

评估板STEVAL-IDB007V1M材料清单:

ST公司

意法半导体(ST)成立于1987年，是意大利SGS微电子公司和法国汤姆逊(Thomson)半导体合并后的新企业。1998年5月，SGS-THOMSON Microelectronics将公司名称改为意法半导体有限公司(STMicroelectronics)。

公司自1994年起公开上市，意法半导体股票在纽约证券交易所(交易代码：STM)、泛欧巴黎证券交易所和意大利米兰证券交易所挂牌上市。从成立之初至今，意法半导体的增长速度超过了半导体工业的整体增长速度。自2005年起，意法半导体始终是世界五大半导体公司之一。2006年全年收入98.5亿美元，2007年前半年公司收入46.9亿美元。

整个集团共有员工约50,000人，拥有16个先进的研发机构、39个设计和应用中心、13个主要制造厂，并在36个国家设有78个销售办事处。

公司总部设在瑞士日内瓦，同时也是欧洲、中东和非洲地区(EMEA)市场的总部;公司的美国总部设在德克萨斯州达拉斯市的卡罗顿;亚太区总部设在新加坡;日本的业务则以东京为总部;大中国区总部设在上海，负责香港、大陆和台湾三个地区的业务。

公司销售收入在半导体工业五大高速增长市场之间分布均衡(五大市场占2007年销售收入的百分比)：通信(35%)，消费(17%)，计算机(16%)，汽车(16%)，工业(16%)。据最新的工业统计数据，意法半导体是全球第五大半导体厂商，在很多市场居世界领先水平。例如，意法半导体是世界第一大专用模拟芯片和电源转换芯片制造商，世界第一大工业半导体和机顶盒芯片供应商，而且在分立器件、手机相机模块和车用集成电路领域居世界前列。

意法半导体(ST)推出一个新的内置闪存的安全型微控制器(MCU)，该产品是世界第一个采用90nm (90纳米)制造工艺的微控制器。ST21F384是ST成功的ST21智能卡平台内的第一款安全型微控制器，是为2.5G和3G移动通信优化的产品。新产品改用闪存做程序存储器，淘汰了以前的掩膜ROM，提高了产品制造的灵活性，缩短了从设计到制造的准备时间，同时90nm技术还提高了成本效益。

新的ST21F系列产品使卡制造商能够对飞速变化的手机市场需求做出快速的注重成本效益的反应，然后在制造工序的智能卡个性化阶段自定义应用程序，用一个产品解决多家移动通信网络运营商(MNOs)的要求。因为与一个特定的运营商无关，所以新产品降低了供应链的风险和复杂性。

ST21F384的内核是一个8/16位CPU，线性寻址宽度16MB，典型工作频率21MHz。芯片内置7KB用户RAM存储器，以及128字节页面的384KB闪存，耐擦写能力与早期安全微控制器的EEPROM存储器相当。电流消耗完全符合2G和3G的电源规格，达到了(U)SIM的应用要求。该微控制器含有一个硬件DES (数据加密标准)加速器和用户可以访问的CRC (循环冗余代码)计算模块。

如果采用了这个闪存安全型微控制器，卡制造商将能够缩短在整个制造工序中从设计到投产的准备时间，验证卡上的操作系统(OS)和向运营商提供样片所需的时间会更短。因为可以库存没有编程的空白芯片，所以新产品还有助于缩短产品的量产周期，同时还会大幅度缩短操作功能升级和实现新的MNO要求所需的周期。

由于应用程序保存在闪存内，卡制造商无需再支付ROM掩模成本;此外，因为只需实现最终客户需要的功能，而不必设计一个标准解决方案，应用软件本身可以写得更小。ST的片上闪存装载器提供一个成本低廉的操作系统装载功能。

ST21F384的样片现已上市，定于2007年12月量产。ST的封装能力在业界堪称独一无二，其智能卡IC有两种封装形式：切割过的晶片和先进微型模块，其中模块的集成度和安全性都非常出色。ST21F384产品分为切割过的晶片或没切割过的晶片，模块封装分为6触点(D17)和8触点(D95)两个规格，符合欧洲RoHS环保标准，触点排列符合ISO 7816-2标准。订购100000颗晶片，每颗0.45美元。

蓝牙4.0

蓝牙4.0是2012年最新蓝牙版本，是3.0的升级版本;较3.0版本更省电、成本低、3毫秒低延迟、超长有效连接距离、AES-128加密等;通常用在蓝牙耳机、蓝牙音箱等设备上。

蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)2010年7月7日宣布，正式采纳蓝牙4.0核心规范(Bluetooth Core Specification Version 4.0 )，并启动对应的认证计划。会员厂商可以提交其产品进行测试，通过后将获得蓝牙4.0标准认证。 该技术拥有极低的运行和待机功耗，使用一粒纽扣电池甚至可连续工作数年之久。

主要特点

蓝牙4.0是蓝牙3.0+HS规范的补充，专门面向对成本和功耗都有较高要求的无线方案，可广泛用于卫生保健、体育健身、家庭娱乐、安全保障等诸多领域。

它支持两种部署方式：双模式和单模式。双模式中，低功耗蓝牙功能集成在现有的经典蓝牙控制器中，或再在现有经典蓝牙技术(2.1+EDR/3.0+HS)芯片上增加低功耗堆栈，整体架构基本不变，因此成本增加有限。

单模式面向高度集成、紧凑的设备，使用一个轻量级连接层(Link Layer)提供超低功耗的待机模式操作、简单设备恢复和可靠的点对多点数据传输，还能让联网传感器在蓝牙传输中安排好低功耗蓝牙流量的次序，同时还有高级节能和安全加密连接。

主要特性

超低的峰值、平均和待机模式功耗

使用标准纽扣电池可运行一年乃至数年

低成本

不同厂商设备交互性

无线覆盖范围增强

完全向下兼容

低延迟(APT-X)

技术细节

速度：支持1Mbps数据传输率下的超短数据包，最少8个八组位，最多27个。所有连接都使用蓝牙2.1加入的减速呼吸模式(sniff subrating)来达到超低工作循环。

跳频：使用所有蓝牙规范版本通用的自适应跳频，最大程度地减少和其他2.4GHz ISM频段无线技术的串扰。

主控制：更加智能，可以休眠更长时间，只在需要执行动作的时候才唤醒。

延迟：最短可在3毫秒内完成连接设置并开始传输数据。

范围：提高调制指数，最大范围可超过100米(根据不同应用领域， 距离不同)。

健壮性：所有数据包都使用24-bitCRC校验，确保最大程度抵御干扰。

安全：使用AES-128 CCM加密算法进行数据包加密和认证。

拓扑：每个数据包的每次接收都使用32位寻址，理论上可连接数十亿设备;针对一对一连接优化，并支持星形拓扑的一对多连接;使用快速连接和断开，数据可以再网状拓扑内转移而无需维持复杂的网状网络。

优点

蓝牙4.0将三种规格集一体，包括传统蓝牙技术、高速技术和低耗能技术，与3.0版本相比最大的不同就是低功耗。“4.0版本的功耗较老版本降低了90%，更省电，”蓝牙技术联盟大中华区技术市务经理吕荣良表示，“随着蓝牙技术由手机、游戏、耳机、便携电脑和汽车等传统应用领域向物联网、医疗等新领域的扩展，对低功耗的要求会越来越高。4.0版本强化了蓝牙在数据传输上的低功耗性能。”

低功耗版本使蓝牙技术得以延伸到采用钮扣电池供电的一些新兴市场。蓝牙低耗能技术是基于蓝牙低耗能无线技术核心规格的升级版，为开拓钟表、远程控制、医疗保健及运动感应器等广大新兴市场的应用奠定基础。

这项技术将应用于每年出售的数亿台蓝牙手机、个人电脑及掌上电脑。以最低耗能提供持久的无线连接，有效扩大相关应用产品的覆盖距离，开辟全新的网络服务。低耗能无线技术的特点在于超低的峰期、平均值及待机耗能;使装置配件和人机界面装置(HIDs)具备超低成本和轻巧的特性;更能使手机及个人电脑相关配件的成本降至最低、体积更小;全球适用之外，更具使用直觉，且能确保多种设备连接的互操作性。

蓝牙4.0在个人健身和健康市场的影响很大。无论是在跑步机上，或在办公室的小工具。Fitbit无线师，耐克公司的新Fuelband，摩托罗拉MOTACTV，和时尚的基带是都是很好的例子。而且健身手表也承诺使用蓝牙跟踪体力活动和心率。

另外蓝牙4.0依旧向下兼容，包含经典蓝牙技术规范和最高速度24Mbps的蓝牙高速技术规范。三种技术规范可单独使用，也可同时运行。

应用

这项技术可为制造商及用户提供三种无线连接方式，包括用于多个类别电子消费产品的传统蓝牙技术;用于手机、相机、摄像机、PC及电视等视讯、音乐及图片传输的蓝牙高速技术;以及用于保健及健康、个人设备、汽车及自动化行业的低功率传感设备和新的网络服务的蓝牙低耗能技术。

蓝牙技术应用越来成熟,目前有不少公司推出迷你型便携式蓝牙音箱,蓝牙音箱就是将蓝牙技术应用在传统数码和多媒体音箱上，让使用者可以免除恼人电线的牵绊，自在地以各种方式聆听音乐。自从蓝牙音箱问世以来，随着智能终端的发展受到手机平板等用户的广泛关注。 蓝牙技术(Bluetooth)让音箱无线化变为可能，国外索尼(sony) 创新(creative) 国内漫步者(Edifier) 声德(sounder)，都纷纷推出许多外形五花八门的“蓝牙音箱”，消费者大约花费150元至3000余元不等的价格，就可以让自己拥有超级时尚便捷的蓝牙音箱。

蓝牙4.0与iBeacon技术

随着苹果、三星等手机制造商纷纷推出基于蓝牙4.0技术的移动设备。在2013年9月苹果公司发布了iBeacon技术，ShellBeacon, BrightBeacon在基于iBeacon技术和运用蓝牙4.0标准为通信方式的前提下提供了一整套基于ibeacon的技术解决方案和供便于开发的SDK。