Nordic Semiconductor 的 nPM1300 是一款高性能的电源管理集成电路(PMIC:Power Management IC),专为提高电池驱动设备的能效和延长电池寿命而设计。此款 PMIC 集成了多种关键特性,使其成为低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy)和其他无线应用的理想选择,与非常适合 Nordic 的 nRF52 和 nRF53 系列片上系统(SoC)供电使用时,也可以作为其他MCU或者物联网模组的供电芯片。nPM1300是为追求高效能源利用和增强便携式设备续航能力而设计的先进电源管理解决方案。
nPM1300 的主要功能:
- 双路高效降压转换器:具备两个超高效的降压转换器,能够有效调节电源电压,满足不同电路模块的需求,同时保持低功耗运行。
- 负载开关/LDOs:包含两个负载开关/低压差线性稳压器(LDOs),为系统中的其他组件提供稳定的电源供应。
- 电池充电功能:集成了一款电池充电器,支持32-800mA的充电电流范围,适用于单节锂离子或锂聚合物电池Li-ion, Li-poly and LiFePO4,并且支持USB-C充电功能,提升了充电的便利性和速度。Five GPIOs and three LED drivers显示各中指示状态。
- 系统管理功能:通过I2C兼容的双线接口(TWI)进行配置,使得用户可以轻松地访问和调整高级系统管理设置,以适应不同的工作场景和功耗需求。
- 广泛适用性:尽管nPM1300特别适配Nordic的SoC,如nRF52和nRF53系列,它也可用于非Nordic主机设备,并且对于基于nRF91系列系统级封装(SiP)的蜂窝物联网应用中的电池充电同样适用。支持诸如蓝牙低能耗之类的无线协议,LE Audio、蓝牙网状网络、Thread和Zigbee。
- 小巧尺寸与高集成度:设计优化了空间利用率,适合紧凑型设备,如可穿戴设备、智能家居产品及各种物联网(IoT)应用。
- 生产与供应状态:-40°C to 85°C 工业级温度工作范围,nPM1300已进入量产阶段,该产品已成熟并可广泛应用于商业产品设计中。
芯片系统结构:
nPM1300外围电路:
Nordic 开源开发板的原理图和PCB,大大加速硬件工程师开发:
电压跟随器是一种电子电路,通常基于运算放大器构建,其设计目的是使输出电压紧密跟随输入电压,因此得名。
- 电压增益:电压跟随器的电压增益接近1(理论上为1),这意味着输出电压几乎等于输入电压,不产生放大或衰减效果。
- 输入阻抗:具有高输入阻抗,这意味着它从信号源抽取的电流非常小,几乎不加载前级电路,保持信号源的完整性。
- 输出阻抗:具有低输出阻抗,这意味着它能够为后续电路或负载提供稳定的电压输出,不受负载变化的影响。
- 缓冲作用:由于上述特性,电压跟随器常被用作缓冲器,尤其是在需要高输入阻抗和低输出阻抗以实现前后级电路隔离的情况下,可以防止前级电路因后级负载变化而受到影响。
- 应用场合:电压跟随器广泛应用于需要阻抗匹配、信号隔离、提高带载能力或者在需要保持信号完整性的场合,如传感器信号调理、长线驱动、放大器级间耦合以及在需要高输入阻抗和低输出阻抗特性的任何地方。
- 电路结构:典型的电压跟随器电路配置是将运算放大器的反相输入端(-)与输出端相连,形成负反馈回路,同时将信号输入到反相输入端,非反相输入端(+)接地或接参考电压,确保输出跟随输入变化。
nRF Connect for Desktop 是一款由 Nordic Semiconductor 开发的跨平台桌面应用程序框架,旨在为使用 Nordic Semiconductor 的开发板和适配器的开发者提供一个综合性的开发和测试环境。这款工具特别适合于蓝牙低功耗(BLE)以及其他无线技术的开发工作。nRF Connect for Desktop是物联网(IoT)、可穿戴设备、智能家居等领域开发者的重要工具,它简化了从原型设计到产品开发的全过程,促进了高效和高质量的蓝牙应用开发。
主要特点:
- 跨平台支持:nRF Connect for Desktop 可在Windows、macOS和Linux操作系统上运行,确保了广泛的开发环境兼容性。
- 集成开发环境:它不仅仅是一个简单的连接工具,还集成了多种应用程序,涵盖了测试、监控、测量、优化和编程等多个方面,为开发者提供一站式解决方案。
- 面向nRF设备:特别为Nordic的nRF系列芯片(如nRF52、nRF53)设计,能够自动检测连接到计算机的开发板或加密狗,并上传必要的固件,简化了开发流程。
- JavaScript开发:应用程序本身采用JavaScript开发,因此开发者需要具备JavaScript知识,并安装Node.js作为编译环境。推荐使用Visual Studio Code作为编辑器,以获得更好的开发体验。
- 开源框架:项目在GitHub上开源,社区活跃,开发者不仅可以使用现有功能,还可以根据需求自定义和扩展功能。
核心功能:
- 蓝牙设备扫描与调试:允许用户扫描周围的蓝牙设备,进行连接、读写属性、执行服务发现等操作,便于调试和测试BLE应用。
- 高级分析工具:提供诸如广告数据分析、RSSI测量、BLE协议栈分析等高级功能,帮助开发者深入了解设备通信细节。
- 固件更新与编程:支持通过OTA(空中下载)或直接连接方式更新nRF设备上的固件,便于快速迭代和部署新版本。
- 示例应用与教程:包含丰富的示例代码和文档,帮助开发者快速上手并学习如何利用nRF硬件和软件资源。
- 系统管理与配置:可以对设备的电源管理、外设控制等进行配置,优化设备性能和功耗。
通过开发板上两个USB与电脑PC 连接,既可以对接开发板。nRF5X的芯片通过IIC总线和npm1300通信,从而读取电池电压、电流、温度等信息,结合nRF connect SDK内部算法推测出电池电量百分比,各种电池参数。经过实际测量,理论和实际非常吻合。
接入电池后芯片可以对电池各总状态显示,充放电电压参数 电流参数都可以设定。
充放电曲线一目了然。便于历史回顾和相关科研。
两路Buck电压可以随时调节,实现对输出电压(有时还包括电流)的精确调节,往提供高精度的电压调节能力,误差率低,稳定性好,适合对电源质量要求较高的场合。
测评总结, nPM1300在一个小巧的SOC内集成了多种功能,包括高效DC-DC转换器、负载开关、LDO、电池充电器、电量计、系统管理功能等,通常这些功能需要多个分立元件来实现。这大大简化了系统设计,减少了物料清单(BoM)成本和电路板空间。非常杰出的设计!