Модуль DWM1000 основан на сверхширокополосном (UWB) трансивере DW1000 компании Decawave. Он объединяет в себе антенну, радиочастотные схемы, схему управления питанием и тактированием. Модуль DWM1000 может быть использован в системах определения местоположения, основанных на методах TWR (Two-Way Ranging) или TDoA (Time Difference of Arrival).
Основные характеристики модуля:
- Соответствие стандарту IEEE802.15.4-2011
- Поддержка 4 радиочастотных диапазонов от 3,5 ГГц до 6,5 ГГц
- Программируемая выходная мощность передатчика
- Полностью когерентный приемник для максимальной дальности и точности
- Спектральная маска UWB соответствует требованиям FCC & ETSI
- Напряжение питания от 2,8 В до 3,6 В
- Низкое энергопотребление
- Скорость передачи данных 110 кбит/с, 850 кбит/с, 6,8 Мбит/с
- Максимальная длина пакета 1023 Байта для приложений с высокой пропускной способностью
- Встроенные функции поддержки MAC
- Поддержка TWR и TDOA
- Интерфейс SPI для подключения к хост-контроллеру
- 24-пиновый корпус размером 23 мм x 13 мм x 2.9 мм
Основные преимущества:
- Простота интеграции. Не требует разработки RF-части. Минимальные настройки для внедрения
- Высокая точность позиционирования (до 10 см). Повышает эффективность логистики и снижает затраты
- Увеличенная дальность связи. Снижает количество необходимой инфраструктуры в RTLS (Real-Time Location Systems)
- Устойчивость к многолучевому затуханию. Стабильная работа в сложных радиоусловиях (металлические конструкции, переотражения)
- Поддержка высокой плотности меток. Возможность одновременного отслеживания множества объектов
- Низкая стоимость внедрения. Экономичное решение для промышленных и коммерческих применений
- Энергоэффективность. Низкое энергопотребление увеличивает срок работы от батареи. Снижает затраты на обслуживание системы
Области применения:
- Логистика и управление складами
- Промышленный IoT
- Умные производства (Industry 4.0)
- Медицинское оборудование и трекинг персонала
- Автоматизация розничной торговли
Модуль DWM1000 построен на базе однокристального CMOS-трансивера DW1000, представляющего собой полностью интегрированное низкопотребляющее решение, соответствующее стандарту IEEE 802.15.4-2011 для сверхширокополосной связи (UWB). Ключевой особенностью DWM1000 является его готовность к использованию без необходимости разработки ВЧ-части, поскольку модуль уже включает антенну и все связанные аналоговые и радиочастотные компоненты. В устройстве используется встроенный опорный кварцевый генератор частотой 38,4 МГц, который проходит заводскую подстройку с помощью внутренней схемы триммирования DW1000, что позволяет снизить начальную погрешность частоты до примерно 2 ppm (частей на миллион). Важной функциональной особенностью модуля является наличие Always-On (AON) памяти, сохраняющей конфигурационные данные DWM1000 в режимах сверхнизкого энергопотребления при отключении встроенных стабилизаторов напряжения — эти данные автоматически загружаются и выгружаются, а использование AON памяти является настраиваемым параметром. Модуль также оснащен встроенными системами мониторинга, позволяющими основному контроллеру считывать напряжение на выводе VDDAON и данные о температуре кристалла DW1000. Для получения детальной информации о функциональных возможностях устройства, электрических характеристиках и типовых показателях работы рекомендуется обратиться к техническому описанию (DW1000 Data Sheet). Модуль представляет собой законченное решение для реализации высокоточных систем позиционирования и беспроводной связи, сочетающее простоту интеграции с расширенными функциональными возможностями.
Распиновка модуля DWM1000
| Название | Номер пина | Состояние (по умолчанию) |
Описание |
|---|---|---|---|
| SPICLK | 20 | DI | Вывод тактирования SPI |
| SPIMISO | 19 | DO (O-L) | Вывод данных ведомого устройства SPI |
| SPIMOSI | 18 | DI | Вывод данных ведущего устройства SPI |
| SPICSn | 17 | DI | Вывод выбора микросхемы SPI (SPICSn). Это активный низкий вход разрешения. Переход из высокого уровня в низкий на линии SPICSn означает начало новой SPI-транзакции. SPICSn также может использоваться как сигнал пробуждения для вывода DW1000 из спящего (SLEEP) или глубокого сна (DEEPSLEEP) |
| WAKEUP | 2 | DIO | При переходе в активное высокое состояние вывод WAKEUP переводит DW1000 из режимов SLEEP или DEEPSLEEP в рабочий режим. Если вывод не используется, его можно подключить к земле |
| EXTON | 1 | DO (O-L) | Включение внешнего устройства. Активируется в процессе пробуждения и остается активным до перехода устройства в спящий режим. Может использоваться для управления внешними DC-DC преобразователями или другими цепями, которые не требуются, когда устройство находится в спящем режиме, что позволяет минимизировать энергопотребление |
| IRQ / GPIO8 | 22 | DIO (O-L) | Выход запроса прерывания (IRQ) от модуля DWM1000 к хост-контроллеру. По умолчанию сигнал IRQ имеет активным высокий уровень, но может быть настроен как активный низкий при необходимости. Для корректной работы в режимах SLEEP и DEEPSLEEP рекомендуется оставить настройку активного высокого уровня. В состояниях SLEEP и DEEPSLEEP этот вывод переходит в высокоимпедансное состояние и может вызывать ложные прерывания, если не подтянут к низкому уровню. Если прерывания не используются, вывод может быть переназначен как универсальная линия ввода-вывода GPIO8. |
| GPIO7 | 4 | DIO (I) | По умолчанию используется как вход SYNC. ДАННАЯ ФУНКЦИЯ НЕДОСТУПНА В МОДУЛЕ DWM1000. Этот вывод может быть переконфигурирован программно в качестве общего пина ввода-вывода GPIO7. |
| GPIO6 / SPIPHA | 9 | DIO (I) | Пин ввода-вывода общего назначения. При включении питания используется как вывод SPIPHA (выбор фазы SPI) для настройки режима работы SPI интерфейса. После инициализации питания вывод автоматически переходит в режим обычного GPIO |
| GPIO5 / SPIPOL | 10 | DIO (I) | Пин ввода-вывода общего назначения. При включении питания выполняет функцию SPIPOL (выбор полярности SPI) для конфигурации режима работы SPI-интерфейса. После завершения инициализации питания вывод автоматически переключается в режим обычного GPIO |
| GPIO4 | 11 | DIO (I) | Пин ввода-вывода общего назначения |
| GPIO3 / TXLED | 12 | DIO (I) | Пин ввода-вывода общего назначения. Может быть настроен как выход TXLED для управления светодиодом, который загорается по окончанию передачи кадра |
| GPIO2 / RXLED | 13 | DIO (I) | Пин ввода-вывода общего назначения. Данный вывод может быть настроен как выход RXLED для управления светодиодом, который загорается в момент приема кадра |
| GPIO1 / SFDLED | 14 | DIO (I) | Пин ввода-вывода общего назначения. Этот вывод может быть настроен как выход SFDLED для управления светодиодом, который загорается при обнаружении SFD (Start Frame Delimiter) в принимаемом сигнале. |
| GPIO0 / RXOKLED | 15 | DIO (I) | Пин ввода-вывода общего назначения. Этот вывод может быть настроен как выход RXOKLED для управления светодиодом, который загорается при успешном приеме корректного кадра данных |
| RSTn | 3 | DIO (O-H) | Вывод сброса (Reset). Активный низкий уровень (Active Low). |
| Питание | |||
| VDDAON | 5 | P | Питание памяти Always-On (AON) |
| VDD3V3 | 6,7 | P | Питание 3,3 В. Для программирования OTP в модуле DWM1000 это напряжение может быть увеличено на короткое время до номинального значения 3,8 В. |
| GND | 8,16,21,23,24 | G | Земля |
Расшифровка обозначений:
| Аббревиатура | Расшифровка |
|---|---|
| I | Вход |
| IO | Вход / выход |
| O | Выход |
| G | Земля |
| P | Питание |
| PD | Power Decoupling |
| O-L | После сброса выход в низком уровне |
| O-H | После сброса выход в высоком уровне |
Схема подключения модуля к хост-контроллеру:
При проектировании печатной платы для модуля DWM1000 необходимо тщательно учитывать расположение встроенной керамической монопольной антенны относительно металлических и других материалов, непрозрачных для радиосигнала. Для лучшей производительности медный слой земли должен покрывать всю плату, кроме зон «Keep-Out Area», где не должно быть металлических элементов, нерадиопрозрачных материалов или компонентов с обеих сторон платы, включая батареи под антенной. Существует два варианта размещения: антенна на плате с соблюдением Keep-Out Area или антенна, выступающая за край платы с Keep-Out Area в воздушном пространстве. В обоих случаях важно избегать размещения металлических компонентов над или под антенной. Минимальное расстояние (d) между антенной и краем ground plane должно составлять не менее 10 мм для оптимальной вертикальной поляризации. Увеличение этого расстояния уменьшает степень вертикальной поляризации. Форма и размер медного слоя влияют на диаграмму направленности антенны, поэтому рекомендуется использовать сплошной слой без разрывов. В системной реализации следует избегать расположения корпусов или экранов непосредственно над антенной и учитывать влияние соседних печатных плат в конечном устройстве.
Более подробную информацию о модуле DWM1000 можно получить из технической документации (DWM1000 Data Sheet) и руководства пользователя (DW1000 User Manual).
Аналог
Существует так же более дешевый аналог модуля от производителя Ai-Thinker Technology, называемый BU01. Документацию на модуль можно скачать по данной ссылке
Модуль BU01 полностью повторяет схему, размеры и распиновку модуля DWM1000. Единственное конструктивное отличие модуля BU01 от DWM1000 – это антенна в виде медной дорожки, вместо керамической.
