Die Vorteile des SiP nRF960 von Nordic Semiconductor für IoT-Mobilfunkanwendungen

Mobilfunk-IoT, kurz für „Mobilfunk für das Internet der Dinge“, revolutioniert die Art und Weise, wie wir uns mit einer Vielzahl von Geräten verbinden und kommunizieren, und macht das Internet der Dinge (IoT) zugänglicher und vielseitiger als je zuvor.

Diese Technologie nutzt Mobilfunknetze wie 2G, 3G, 4G und 5G für die Vernetzung einer breiten Palette von IoT-Geräten, um ihnen den nahtlosen Austausch von Daten und Informationen zu ermöglichen.

Dieser Blog befasst sich mit der Frage, wie das SiP (System-in-Package) nRF9160 von Nordic Semiconductor dabei helfen kann, den Größen-, Energie- und Kostendruck bei IoT-Mobilfunkanwendungen zu bewältigen.

Die Vorteile der SiP-Technologie

Ein SiP ist die Integration von zwei oder mehr ICs mit passiven Komponenten in einem einzigen Gehäuse. Dies bietet Vorteile wie eine geringere Systemgröße, eine kürzere Markteinführungszeit und erweiterte Designmöglichkeiten.

Der durch SiPs ermöglichte Integrationsgrad bedeutet, dass digitale und analoge Blöcke zusammen mit passiven Komponenten wie Antennen und MEMS-Sensoren in einem einzigen, kleinen Gehäuse untergebracht werden können. Dadurch kann viel Platz auf der Platine eingespart werden, was zu einer Verringerung des gesamten Platzbedarfs einer Vielzahl von Endprodukten beiträgt, von Smartphones bis hin zu Wearables, intelligenten Geräten und anderen IoT-Knoten.

Eine kompakte Lösung für das Mobilfunk-IoT

Mit dem SiP nRF9160 von Nordic (Abbildung 1) wird die energiesparende Mobilfunktechnologie für eine Vielzahl von Anwendungen nutzbar. Dank seines hohen Integrations- und Vorzertifizierungsgrades ist es in der Lage, die komplizierten Hürden bei der Entwicklung drahtloser Systeme zu überwinden und bietet eine umfassende Reihe von Qualifikationen, die für den weltweiten Einsatz von Mobilfunktechnologie erforderlich sind.

Abbildung 1: Das nRF9160 ist ein kompaktes, hochintegriertes SiP (System-in-Package). (Quelle: Nordic Semiconductor)

Das nRF9160 bietet eine optimierte Lösung für das Mobilfunk-IoT, indem es einen Anwendungsprozessor, ein komplettes LTE-M/NB-IoT-Modem, ein HF-Frontend und integriertes Energiemanagement in einem kompakten 10 mm x 16 mm x 1 mm großen Gehäuse vereint. Es bietet eine spezielle Version mit integrierter GNSS-Unterstützung, die auf Anwendungen zur Bestandsüberwachung zugeschnitten ist. Über die herkömmliche GNSS-Satelliten-Trilateration hinaus umfasst es die Unterstützung von Mobilfunkmasten und GPS-Ortungsdienste, um die energieeffiziente Standortbestimmung zu verbessern.

Das SiP nRF9160 ist mit einem weltweit kompatiblen LTE-Modem ausgestattet und unterstützt die folgenden Bänder:

• US - B2, B4, B5, B12, B13, B14, B25, B26 und B66
• EU/APAC - B1, B3, B4, B5, B8, B13, B18, B19, B20, B25, B26 und B28

Darüber hinaus werden Sicherheitsfunktionen wie Arm TrustZone und Arm CryptoCell 310 von dem im SiP eingebetteten Arm-Cortex-M33 unterstützt.

Es bietet eine breite Palette an digitalen und analogen Schnittstellen und Peripheriekomponenten, die vielfältige Designoptionen für einzelne Geräte ermöglichen. Außerdem kann es bei Bedarf als eigenständiges LTE-Modem fungieren. Um ein umfassendes IoT-Mobilfunkdesign zu ermöglichen, enthält es wesentliche Komponenten wie Modem-Firmware, ein Echtzeit-Betriebssystem (RTOS), Anwendungssoftware-Beispiele und Hardware-Referenzdesigns.

Es enthält auch einen Board-Controller nRF52840, der zum Beispiel für den Aufbau eines Bluetooth-Low-Energy-Gateways verwendet werden kann.

Nordic hat außerdem das nRF9160-DK (Abbildung 2) vorgestellt, ein erschwingliches, voll ausgestattetes Einzelboard-Entwicklungskit für die Entwicklung mit dem SiP nRF9160 mit LTE-M, NB-IoT und GPS.

Abbildung 2: Das nRF9160-Entwicklungskit. (Quelle: Nordic Semiconductor)

Es verfügt über eine dedizierte Antenne für LTE-M und NB-IoT und bietet Unterstützung für ein breites Spektrum an Frequenzbändern, was eine globale Einsatzfähigkeit gewährleistet. Das Board ist mit einer speziellen Patch-Antenne für GNSS und einer 2,4-GHz-Antenne für Bluetooth LE ausgestattet. Es verfügt über SWF-HF-Anschlüsse, die Flexibilität für LTE-M/NB-IoT- und 2,4-GHz-Antennen bieten. Zusätzlich ist ein Anschluss für eine externe GNSS-Antenne vorhanden.

Das Kit verfügt über programmierbare LEDs (insgesamt 4) sowie über 2 Tasten und 2 Schalter für einfache Ein- und Ausgabeinteraktionen. Es bietet außerdem vielseitige SIM-Karten-Optionen, da es sowohl 4FF-SIM-Karten als auch einen MFF2-SIM-Footprint aufnehmen kann, was sowohl steckbare als auch gelötete (e)SIMs ermöglicht. Im Lieferumfang des Kits ist darüber hinaus eine eSIM-Karte von iBasis enthalten, die mit 10 MB Datenvolumen vorgeladen ist.

Mit dem nRF Connect SDK können Entwicklungen zukunftssicher gestaltet werden. Es handelt sich um ein umfassendes Paket, das alles Wesentliche für einen nahtlosen Start enthält, einschließlich Protokolle der Anwendungsschicht, praktische Beispiele, Peripherietreiber und mehr.

Dieses Kit lässt sich nahtlos in die Cloud-Lösung von Nordic, nRF Cloud, integrieren und erleichtert die Vernetzung. Zur weiteren Unterstützung von Tests und Netzwerkevaluierung bietet das nRF Link Monitor Tool, das in nRF Connect for Desktop enthalten ist, eine AT-Befehlsschnittstelle, mit der Sie Ihre Verbindung untersuchen und netzwerkbezogene Informationen abrufen können.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Vorteile des SiP nRF9160 von Nordic ihn zu einer attraktiven Lösung für IoT-Geräte machen, die kompakt, stromsparend und zuverlässig in drahtlosen Lösungen wie z. B. der Mobilfunkkommunikation sein müssen. Zu den weiteren Vorteilen dieser Komponenten gehören Signalintegrität, einfaches Design, thermische Vorteile und potenzielle Kosteneinsparungen.