ESP32 是集成 2.4 GHz Wi-Fi 和蓝牙双模的单芯片方案

ESP32是一款高度集成的微控制器,具备2.4GHzWi-Fi和蓝牙功能,适用于物联网应用。其低功耗特性、高集成度的无线模块和强大的XtensaLX6CPU,以及丰富的外设接口,如ADC、DAC、GPIO等,使其成为各种IoT场景的理想选择,如智能家居、工业自动化和可穿戴设备等。

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1 概述

ESP32 是集成 2.4 GHz Wi-Fi 和蓝牙双模的单芯片方案,采用台积电 (TSMC) 超低功耗的 40 纳米工艺,具有超 高的射频性能、稳定性、通用性和可靠性,以及超低的功耗,满足不同的功耗需求,适用于各种应用场 景。

目前 ESP32 系列的产品型号包括 ESP32-D0WD-V3,ESP32-D0WDQ6-V3,ESP32-D0WD(NRND), ESP32-D0WDQ6(NRND),ESP32-S0WD 和 ESP32-U4WDH,其中 ESP32-D0WD-V3,ESP32-D0WDQ6-V3 和 ESP32-U4WDH 是基于 ECO V3 的芯片型号。  

1.1.1 超低功耗

ESP32 专为移动设备、可穿戴电子产品和物联网 (IoT) 应用而设计。作为业内领先的低功耗芯片,ESP32 具有 精细的时钟门控、省电模式和动态电压调整等特性。

例如,在低功耗 IoT 传感器 Hub 应用场景中,ESP32 只有在特定条件下才会被周期性地唤醒。低占空比可以极大降低 ESP32 芯片的能耗。射频功率放大器的输出功率也可调节,以实现通信距离、数据率和功耗之间的最佳平衡

1.1.2 高集成度

ESP32 是业内领先的高度集成的 Wi-Fi+ 蓝牙解决方案,外部元器件只需大约 20 个。ESP32 集成了天线开关、 射频 Balun、功率放大器、低噪声放大器、滤波器以及电源管理模块,极大减少了印刷电路板 (PCB) 的面 积。

ESP32 采用 CMOS 工艺实现单芯片集成射频和基带,还集成了先进的自校准电路,实现了动态自动调整,可 以消除外部电路的缺陷,更好地适应外部环境的变化。因此,ESP32 的批量生产可以不需要昂贵的专用 Wi-Fi测试设备。

1.2 WiFi 主要特性

• 802.11 b/g/n

• 802.11 n (2.4 GHz) 速度高达 150 Mbps

• 无线多媒体 (WMM)

• 帧聚合 (TX/RX A-MPDU, RX A-MSDU)

• 立即块确认 (Immediate Block ACK)

蓝牙 4.0 协议的发布,使得蓝牙技术真正成为了集低功耗工作、高速率数据传输、 超长传输距离、高安全性等特点为一体的无线通信技术。如今,随着蓝牙技术在智能 家居、可穿戴设备等物联网相关领域的广泛应用,蓝牙技术让人们越来越体会到了信 息技术的迅猛发展给人们生活带来的方便。 4.X 版本的蓝牙协议共包含传统蓝牙、高速蓝牙低功耗蓝牙三种技术。通常市 场上现有的蓝牙设备分为单模蓝牙设备双模蓝牙设备。单模蓝牙设备只支持低功耗 蓝牙技术,一般双模蓝牙设备则支持传统蓝牙低功耗蓝牙两种技术。基带处理器中 的同步组包解包部分是蓝牙硬件结构的重要组成部分,该部分完成底层的数据处理 工作。 本文在回顾了蓝牙协议的发展历史之后,以蓝牙 4.0 协议为参考标准,主要研究 了协议关于基带的部分具体内容,其中包括传统蓝牙低功耗蓝牙分组的结构,蓝牙 差错控制编码,白化,跳频选择位同步的算法。用 Verilog 硬件描述语言实现了 Meggitt 型 2/3FEC 译码器,白化相关模块, HEC/CRC 生成校验模块, SDL 采样模块, COR 模块,数字锁相环结构的位同步模块传统蓝牙跳频序列生成模块等双模蓝牙 基带关键技术的相关模块。最后通过 Cadence 的仿真工具验证了这些模块功能的正确 性。由于蓝牙 SOC 芯片的基带部分在很大程度上影响着整个蓝牙通信系统的性能, 基带中的跳频选择模块,差错控制相关模块时间同步相关模块更是直接关乎着蓝牙 设备能否正常收发分组,所以很有必要对双模蓝牙基带的关键技术进行深入的研究。 在物联网产业快速发展的今天,本文所设计的双模蓝牙基带部分的相关模块为从事于 物联网相关领域的硬件开发人员提供了一种比较完整的双模蓝牙基带底层数据处理 关键技术的解决方案
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