無線通信は、一方ではより高速な伝送速度を得るために高周波帯域へと移行し、他方ではより長い距離と広い範囲を追求するために低周波帯域へと移行しています。一般的に、低周波帯域とは1GHz以下の周波数帯域を指し、英語ではSubGHzと呼ばれます。この記事では、サブGHzアプリケーションの特徴と、ON Semiconductorの4つのサブGHzトランシーバーとSoCについて紹介します。
低周波伝送はIoTアプリケーションに適している
高周波伝送の場合、より速い伝送速度が得られるものの、障害物によって信号が遮断されやすく、伝送距離が短くなります。対照的に、低周波伝送は、伝送距離が長く、範囲が広く、信号の透過性が優れているという特徴があります。伝送速度は遅いものの、データ伝送量が少ないモノのインターネット（IoT）アプリケーションに非常に適しているため、ますます注目を集めています。
いわゆるサブGHzとは、文字通り1GHz未満の周波数帯域での無線通信を指しますが、テレビ、ラジオ、モバイルネットワークで使用されてきた多くの周波数帯域をまだ除外する必要があります。IoTアプリケーションに実際に使用される周波数帯域は、主に315 MHz、433 MHz、868 MHz、915 MHzなどです。169 MHz周波数帯域も一部の国で使用でき、779 MHz周波数帯域は中国で利用できます。
低周波の利点は、同じ送信電力でより長い送信距離を実現できることです。315MHzを使用した場合、WiFiの2.4GHzと比較して約8倍の差があります。WiFiが最大100メートルの距離をカバーする場合、315MHzでは最大800メートルの距離 (カバー範囲の点で64倍) を実現できます。また、サブGHzでは高い伝送速度や16QAM、64QAMなどの複雑な変調は不要で、シンプルな変調（ASK、FSKなど）で実現でき、伝送距離も最大数キロメートルと長くなります。
Sub GHzにはメリットがある一方で、日本では310MHz、中国では470MHzなど、各国で利用できる周波数帯域が統一されていないというデメリットもあります。そのため、チップを設計する際に、チップメーカーは複数の周波数帯域をサポートする単一のチップを作ろうとします。ON Semiconductorの4つのSub GHzトランシーバーとSoCを紹介します。
AX5043: 超低消費電力、狭帯域サブGHz (27 - 1050 MHz) RFトランシーバー
AX5043は、27 MHz ～ 1050 MHzの周波数帯域に対応する、真のシングルチップ、狭帯域、超低電力のASKおよびFSK RFトランシーバーです。送信と受信の動作に独自の超低消費電力の組み合わせを提供し、最高の感度と高い選択性を備え、1 kbpsのデータレートで143 dBのリンク バジェットを実現できます。 内蔵の前方誤り訂正 (FEC) を使用すると、追加の外部コンポーネントなしで146 dBまで拡張できます。AX5043は、6.25 kHzチャネルで1 kbpsの最小動作速度を備えています。
統合された電圧調整システムにより、バッテリーを直接使用して素早く起動できるため、時間とエネルギーを節約できます。電源電圧1.8～3.6Vの範囲では送信電力や受信特性は変化しません。AX5043は、FSK、MSK、4-FSK、GFSK、GMSK、AFSK、およびASK変調をサポートします。送信モードでは、すべての変調が整形されます。 BT=0.3またはBT=0.5のガウス フィルタを採用することで、FSK変調の最も厳しい規制要件を満たすことができます。電力ランプは制限なく設定できます。最大出力レベルは16dBmです。
AX5043は、27 - 1050 MHzのキャリア周波数範囲、超低消費電力、1.8 - 3.6 VのVDD範囲全体にわたる一定のTX出力電力、完全に自律的な最小消費電力のウェイクオン無線モード (500 nA)、およびマイクロコントローラからの介入を必要としないRX/TXパケットを備えています。
AX5043は広い周波数範囲で使用でき、リンク バジェットや選択性を犠牲にすることなく低消費電力を実現できます。電源電圧範囲内では送信電力と受信特性は変わりません。ウェイクオンラジオサイクルを自律的に処理し、マイクロコントローラの介入なしに処理できるさまざまなパケット形式をサポートする機能を備えています。AX5043は、IoT、自動メーター読み取り (AMR)、セキュリティ アプリケーション、ビル自動化、ワイヤレス ネットワーク、バッテリー駆動のポータブル アプリケーションに適用できます。
AX5243: 超低消費電力、狭帯域サブGHz (27 - 1050 MHz) RFトランシーバー
AX5243は、27 MHzから1050 MHzまでの認可済みおよび認可されていない周波数帯域で使用できる、真のシングルチップ、超低消費電力、狭帯域CMOSトランシーバーです。オンチップ トランシーバーは、変調器と復調器を備えた完全に統合されたRFフロントエンドで構成されています。ベースバンド データ処理は、SPIインターフェイスを介してユーザーフレンドリーな通信を実装できる、高度で柔軟な通信コントローラに実装できます。FSK、4-FSK、GFSK、GMSK、MSK、ASK、PSK変調を実行し、0.1 kbpsから125 kbpsまでの任意のデータ レートをサポートします。
AX5243は、1.8 V ～ 3.6 Vの電源を使用して、-40°C ～ 85°C の温度範囲で動作できます。出力電力に応じて、キャリア周波数868 MHzで7 ～ 48 mA、送信周波数169 MHzで4 ～ 51 mAを消費します。受信動作では、キャリア周波数868 MHzで9 ～ 11 mA、169 MHzで6.5 ～ 8.5 mAを消費します。また、内部に最も低い消費電力の完全統合型発振器を備えています。発振周波数は、デフォルトモードでは640 Hz +/- 1.5%、高速モードでは10.2 kHz +/- 1.5% です。これらの精度は、内部ハードウェアを使用して低電力発振器とRFリファレンス クロックをキャリブレーションした後に達成できます。
AX5243の機能により、チケット発行や、センサーなどで使用される遠隔測定アプリケーション用のトランシーバーなど、さまざまなバッテリー駆動ソリューションへの統合に最適なインターフェイスになります。AX5243は、27 - 1050 MHzの搬送周波数範囲を持ち、高感度で選択性の高い受信機を備え、低電力発振器とWake-on-Radio (WOR) モード、および自動周波数制御 (AFC) をサポートします。
AX5243は広い周波数範囲で動作し、0.1 kbps ～ 125 kbpsのデータ レートと45 dBの隣接チャネル除去をサポートし、非常に低い平均受信機電力を可能にし、RXフィルタ帯域幅内で送信機周波数を追跡できます。AX5243は、IoT、自動メーター読み取り、セキュリティ アプリケーション、ビル自動化、ワイヤレス ネットワークに適用できます。
AXM0F243: 超低消費電力、狭帯域サブGHz (27 - 1050 MHz) ARM® Cortex®-M0+ ワイヤレス マイクロコントローラ
AXM0F243は、真のシングルチップ ワイヤレス アプリケーション向けのシステム オン チップ (SoC) です。このSoCには、実証済みの狭帯域AX5043 RFトランシーバー コアと高性能ARM® Cortex®-M0+ マイクロコントローラー (MCU) コアが含まれています。AX5043コアは非常に強力で、ソフトウェアでプログラムして、利用可能な最も幅広い変調方式と100 bps ～ 125 kbpsのデータ レートを活用し、ほぼすべての独自または標準のSub GHzプロトコルを実装できます。
無線コアのソフトウェア プログラマビリティにより、異なるソフトウェアを搭載した製品に共通のハードウェア設計を共有できるため、顧客は複数のSKUをより簡単に管理できます。また、このデバイスを使用してマルチプロトコル ソリューションを実装し、強力なゲートウェイを実装することもできます。
統合周波数シンセサイザーは、27 MHz ～ 1050 MHzの任意の搬送周波数を生成できます。400 MHz未満の周波数の場合は、VCO統合外部インダクタを使用できますが、400 MHzを超える周波数の場合は、統合インダクタを使用できます。
AX5043レシーバーは非常に堅牢で、10 mA未満の消費電流で -137 dBmという低い感度を実現できます。アンテナダイバーシティを必要とするアプリケーション向けに、GPIOピンを介して外部アンテナスイッチを自動的に制御できる統合ダイバーシティ コントローラが含まれています。受信機にはウェイクオンラジオ機能もあり、無線イベント間でMCUをできるだけ長く、できるだけ頻繁にスリープさせることで、消費電力をさらに削減できます。AX5043トランスミッタには、最大16 dBmを生成できる差動パワー アンプまたは最大13 dBmを生成できるシングルエンド オプションが含まれています。
高性能ARM® Cortex®-M0+ は最大48 MHzの周波数で動作し、64 kBのフラッシュ メモリと8 kBのRAMを備えています。MCUには2つの独立したシリアル通信ブロック (SCB) が含まれており、I2C、SPI、UARTなどを実行するように構成できます。MCUには、カウンター、PWMモジュレーター、またはパルス ジェネレーターとして使用できる5つの16ビット タイマーと、19個のプログラム可能なGPIOピンがあります。
AXM0F243 MCUには、非常に強力なMCUコアに加えて、強力で独自のアナログ機能も備わっています。統合された12ビットSAR ADCは1 Mspsの変換が可能で、シングルエンド モードと完全差動モードを備えています。MCUには、2つの電流DAC、2つの超低電力コンパレータ、および2つの超低電力オペアンプも含まれています。
AXM0F243は、電源範囲が1.8V ～ 3.6Vの5mm x 7mm QFN40パッケージで提供されます。単一のデバイスで利用できる最大の周波数範囲を備えています。業界標準のMCUが組み込まれており、ソフトウェアの移植性を実現し、最も広範囲の成形変調アレイ (FSK、MSK、4-FSK、GFSK、GMSK、AFSK、ASK、FM) をサポートします。優れた受信機と効率的な送信機を備え、高いリンク バジェットを実現し、長距離通信を実行できます。超低消費電力かつ高性能な小型パッケージのデバイスで、さまざまなバッテリー駆動アプリケーションに適しており、より高度なシステム統合が可能です。柔軟なデジタルI/Oにより、センサーやその他のデバイスに接続できます。
AXM0F243は、自動メーター読み取り、セキュリティ アプリケーション、ホームおよびビルのオートメーション、産業用IoTおよびセンサー ネットワーク、照明およびリモート コントロール、ワイヤレス アプリケーション、スマート リテール、資産管理に使用できます。一般的な端末製品には、電気メーター、リモート コントローラー、センサー ノード、水道メーター、センサー ゲートウェイ、ガス メーター、データ ロガー、街灯コントローラー、セキュリティ システム、サーモスタット、気象観測所などがあります。
AX8052F143: 超低消費電力、狭帯域サブGHz (27 - 1050 MHz) 8052ワイヤレスマイクロコントローラ
AX8052F143は、IoTの多くの標準アプリケーションと互換性のあるシングルチップ ソリューションです。868MHz、1.2kbpsでは、感度は -126dBm、消費電力はわずか9.5mAであり、AX8052F143はこの分野で優れたデバイスとなっています。低位相ノイズと高効率16 dBmトランスミッターが注目すべき特徴であり、データ レートは0.1 ～ 125 kbpsの範囲です。27 MHz ～ 1050 MHzの周波数範囲を備えたこのRFマイクロコントローラは、自動メーター読み取りやセキュリティ アプリケーションなど、多くのアプリケーションに最適なデバイスです。平均デューティ サイクル4.5 µAの受信電流は、多くの優れたパラメータの1つにすぎません。
AX8052F143マイクロコントローラ コアは、業界標準の8052命令セットを実行し、システム クロックをDCから20 MHzの間で自由にプログラムできます。命令は1サイクルで実行されるため、コアは20 MIPSを提供できます。アプリケーションをC言語でプログラムできるように、64 KBのフラッシュ メモリが提供されます。フルアソシエイティブ キャッシュとプリフェッチ コントローラにより、フラッシュ メモリのレイテンシが隠されます。
AX8052F143には、XRAMにデータを転送したり、XRAMからチップ上の任意の周辺機器にデータを転送したりできるデュアル チャネルDMAエンジンが搭載されています。専用のAESエンジンを提供し、暗号化には独自のDMAエンジンを使用します。追加の周辺機器には、オプションのシグマデルタ出力モードを備えた3つの汎用タイマーが含まれます。タイマーは2つのUARTのボーレート ジェネレーターとして使用でき、マスター/スレーブSPIインターフェイスを提供します。さらに、柔軟な入力モードを備えた10ビット、500 kサンプル/秒のADCと、アナログ データ ストリームとのインターフェイスを可能にするコンパレータもあります。
AX8052F143は、27 MHz ～ 1050 MHzの周波数範囲で動作できます。5mm x 7mm QFN40パッケージに、超低消費電力のAX8052 MCUと高性能狭帯域RFトランシーバーが組み込まれています。幅広い周波数範囲で利用可能で、スリープ モードでの消費電流はわずか950 nAで、動作中のウェイクアップ タイマーと256バイトのSRAM保持機能を備えています。さまざまなタイプの変調 (FSK、MSK、4-FSK、GFSK、GMSK、AFSK、ASK、FM) をサポートするこのデバイスは、小型パッケージに収められた超低消費電力で高性能なデバイスであり、セキュリティ アプリケーション、ビル オートメーション、ワイヤレス アプリケーション、自動メーター読み取り (AMR) など、さまざまなアプリケーションに適しています。
注目製品
ON Semiconductor AX5043-1-TW30 RFトランシーバー