RTL8762CMF/RTL8752CMF：藍(lán)牙低功耗SOC的卓越之選

一、引言

在當(dāng)今的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，藍(lán)牙低功耗技術(shù)在各類設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。Realtek的RTL8762CMF和RTL8752CMF這兩款藍(lán)牙低功耗系統(tǒng)級(jí)芯片（SOC），憑借其出色的性能和豐富的功能，成為了眾多工程師的選擇。今天，我們就來(lái)深入了解一下這兩款芯片。

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二、芯片概述

（一）整體特性

RTL8762CMF/RTL8752CMF是為藍(lán)牙5低功耗應(yīng)用設(shè)計(jì)的超低功耗片上系統(tǒng)解決方案。它們將領(lǐng)先的RF收發(fā)器的卓越性能與低功耗的ARM Cortex - M4F處理器相結(jié)合，還具備豐富強(qiáng)大的支持功能和外設(shè)。芯片嵌入了紅外收發(fā)器和硬件按鍵掃描功能，采用QFN封裝。

（二）MCU平臺(tái)

1. CPU性能：嵌入式ARM Cortex - M4F 32位CPU采用16位指令集并帶有32位擴(kuò)展（Thumb - 2?技術(shù)），代碼密度高且內(nèi)存占用小。通過(guò)單周期32位乘法器、3級(jí)流水線和嵌套向量中斷控制器（NVIC），程序執(zhí)行簡(jiǎn)單高效。
2. 調(diào)試接口：提供串行線調(diào)試（SWD）接口，結(jié)合基本分支緩沖區(qū)（BBB），為非侵入式程序代碼調(diào)試提供了靈活強(qiáng)大的機(jī)制，開(kāi)發(fā)者可輕松設(shè)置斷點(diǎn)和進(jìn)行單步調(diào)試。
3. 內(nèi)存架構(gòu)：包括ROM、160kByte RAM和8MByte Flash地址空間。160kByte RAM由RAM1（112kByte數(shù)據(jù)RAM）、RAM2（8kByte緩存共享RAM）、RAM3（8kByte緩存共享RAM）和RAM4（32kByte緩沖RAM）組成，所有RAM區(qū)域都可用于執(zhí)行代碼和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。Flash地址空間是映射到外部Flash的虛擬空間，用于在XIP（就地執(zhí)行）模式下擴(kuò)展代碼空間。

三、芯片特性

（一）通用特性

1. 低功耗：具備智能電源管理單元（PMU），實(shí)現(xiàn)超低功耗。
2. 藍(lán)牙支持：支持藍(lán)牙5核心規(guī)范，RTL8762CMF還支持2Mbps LE、LE廣告擴(kuò)展、LE長(zhǎng)距離、額外廣告通道、通道選擇#2和高占空比非連接廣告等功能。
3. 協(xié)議支持：集成MCU執(zhí)行藍(lán)牙協(xié)議棧，支持多種低功耗狀態(tài)、LE L2CAP面向連接通道支持、LE低占空比定向廣告、LE數(shù)據(jù)長(zhǎng)度擴(kuò)展功能，支持OTA（空中）編程機(jī)制進(jìn)行固件升級(jí)，支持GAP、ATT/GATT、SMP、L2CAP等協(xié)議。
4. 角色應(yīng)用：適用于GAP中央、外設(shè)、觀察者和廣播者角色的通用應(yīng)用。

（二）平臺(tái)特性

1. 處理器性能：ARM Cortex - M4帶有浮點(diǎn)單元（RTL8762CMF最高40MHz，RTL8752CMF最高20MHz）。
2. 存儲(chǔ)控制：串行閃存控制器（單比特和雙比特模式），帶有16kB 4路緩存。
3. 內(nèi)存資源：總共160kB SRAM，4Kbits eFUSE供制造商使用。
4. 加密功能：支持AES128/192/256加密/解密引擎，嵌入式4Mbits閃存。
5. 藍(lán)牙收發(fā)器：RX靈敏度為 - 97dBm BLE（最小值），最大TX功率為8dBm，具備快速AGC控制以提高接收動(dòng)態(tài)范圍，支持藍(lán)牙低功耗PHY。

（三）外設(shè)接口特性

1. GPIO：最多26個(gè)靈活的通用IO。
2. 其他外設(shè)：硬件按鍵掃描、嵌入式紅外收發(fā)器、實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器（RTC）、支持通用4線SPI主/從模式（RTL8762CMF最大SPI時(shí)鐘為20MHz，RTL8752CMF最大SPI時(shí)鐘為10MHz）、8通道低功耗比較器、400ksps，12bit，4通道AUXADC、8個(gè)定時(shí)器、2個(gè)I2C、8個(gè)PWM、2個(gè)UART。
3. 時(shí)鐘支持：支持外部40MHz XTAL（在有限條件下無(wú)需電容）、外部32.768kHz XTAL（在有限條件下無(wú)需電容），支持嵌入式內(nèi)部32K RCOSC以維持BLE連接（在有限條件下）。
4. 電源特性：RTL8762CMF嵌入式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器可降低電流消耗。

四、應(yīng)用場(chǎng)景

這兩款芯片適用于MESH LED等應(yīng)用場(chǎng)景，憑借其低功耗和豐富的功能，能夠滿足相關(guān)設(shè)備對(duì)藍(lán)牙通信和控制的需求。

五、引腳相關(guān)

（一）引腳分配

RTL8762CMF和RTL8752CMF的引腳分配有各自的特點(diǎn)，且綠色封裝通過(guò)“G”在GXXXV中標(biāo)識(shí)。兩款芯片的引腳分配雖有相似之處，但也存在一些差異，在設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇。

（二）引腳描述

1. RF接口：RFIO引腳用于BT RX/BT TX接口。
2. XTAL和系統(tǒng)接口：包括32K_XI（32k晶體輸入或外部32k時(shí)鐘輸入）、32K_XO（32k晶體輸出）、XI（40MHz晶體輸入）、XO（40MHz晶體輸出或外部40MHz時(shí)鐘輸入）、HW_RST_N（硬件復(fù)位引腳，低電平有效）。
3. 通用IO：多個(gè)引腳可作為通用IO，具有8mA驅(qū)動(dòng)能力，具備喚醒功能和內(nèi)部強(qiáng)/弱上拉和下拉電阻。部分引腳還有默認(rèn)功能，如P1_0默認(rèn)是SWDIO，P1_1默認(rèn)是SWDCLK。
4. 電源引腳：包括VA18（ADC參考電壓）、VD12_PA（為PA提供1.2V電源）、VD12_TRX（為RF收發(fā)器提供1.2V電源）、VD12_SYN（為合成器提供1.2V電源）、VDDIO（為數(shù)字IO PADs提供1.8V - 3.3V電源）、VDDCORE（為數(shù)字核心LDO提供1.2V電源）、VDIGI（1.1V數(shù)字電源去耦）、HVD（開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器輸入1.8V - 3.3V電源）、LX（開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器輸出）、VBAT（電池電壓輸入）。

六、藍(lán)牙無(wú)線電部分

（一）RF收發(fā)器

芯片包含嵌入式GFSK RF收發(fā)器，超低功耗且完全符合藍(lán)牙低功耗無(wú)線系統(tǒng)。其采用單端RF模式，TX/RX路徑共享同一RFIO引腳，并集成了巴倫，在RF路徑中需要PI匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行天線匹配和降低諧波信號(hào)。

（二）調(diào)制解調(diào)器

在發(fā)射路徑中，調(diào)制解調(diào)器與RF發(fā)射器結(jié)合生成GFSK信號(hào)；在接收路徑中，接收來(lái)自模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的基帶GFSK信號(hào)，并通過(guò)通道濾波、同步和解調(diào)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼。同時(shí)，調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)了RF自動(dòng)校準(zhǔn)方案，以補(bǔ)償CMOS工藝中晶體管特性的變化和環(huán)境溫度差異。

（三）發(fā)射器

發(fā)射器將基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為2.4GHz免許可工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療（ISM）頻段的GFSK調(diào)制信號(hào)，上變頻后的GFSK信號(hào)由集成功率放大器放大。

七、時(shí)鐘管理

（一）時(shí)鐘類型

為實(shí)現(xiàn)最佳功耗和性能，芯片提供高頻和低頻時(shí)鐘。高頻時(shí)鐘由外部40MHz晶體振蕩器（XTAL）產(chǎn)生，低頻時(shí)鐘由32.768kHz/32kHz XTAL產(chǎn)生。

（二）工作模式

在正常模式下，高頻時(shí)鐘持續(xù)運(yùn)行，為CPU、藍(lán)牙核心和外設(shè)模塊提供時(shí)鐘；在低功耗模式下，高頻時(shí)鐘關(guān)閉以節(jié)省功耗，32.768kHz/32kHz低頻時(shí)鐘保持開(kāi)啟，為RTC（實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器）、BT核心和PMU提供時(shí)鐘。

（三）具體時(shí)鐘源

1. 40MHz XTAL振蕩器：芯片內(nèi)置40MHz晶體振蕩電路，借助內(nèi)部?jī)?nèi)置電容，可在大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程中微調(diào)時(shí)鐘偏移。最大內(nèi)部電容通常為20pF，建議遵循Realtek晶體設(shè)計(jì)規(guī)范和QVL，外部電容(C{1})和(C{2})可被內(nèi)部電容替代，降低BOM成本，減小PCB尺寸，并增加時(shí)鐘微調(diào)的靈活性。
2. 32kHz/32.768kHz XTAL振蕩器：作為低功耗模式下的睡眠時(shí)鐘，芯片內(nèi)有固定的7pF電容（Cx）和0pF - 12.8pF的微調(diào)電容（Cxi/Cxo）。當(dāng)選擇7pF的晶體負(fù)載電容時(shí)，無(wú)需外部Cx、C1和C2。若不使用外部32k晶體，32k_XI和32k_XO引腳可配置為GPIO引腳。
3. 內(nèi)部32kHz RC振蕩器：芯片內(nèi)置內(nèi)部32K RCOSC作為低速時(shí)鐘源，在運(yùn)行時(shí)自校準(zhǔn)算法和有限的用戶環(huán)境下，當(dāng)溫度變化小于1°C/秒時(shí)，可通過(guò)內(nèi)部32K RC振蕩器維持BLE連接。

八、電源管理單元（PMU）

芯片由單電源提供3V電源，IO電壓（VDDIO）可與VBAT不同（但VDDIO應(yīng)小于或等于VBAT），內(nèi)部LDO穩(wěn)壓器為數(shù)字核心電路和無(wú)線電電路供電。RTL8762CMF定義了三種PMU電源狀態(tài)：

1. 活動(dòng)模式：所有時(shí)鐘和電源開(kāi)啟，所有功能正常運(yùn)行。
2. 深度低功耗模式（Deep LPS）：高速時(shí)鐘和核心域電源關(guān)閉，CPU停止運(yùn)行，數(shù)據(jù)可保留在保留SRAM中。
3. 掉電模式：除“始終開(kāi)啟”電源域，所有時(shí)鐘源和電源關(guān)閉，只能通過(guò)GPIO引腳喚醒。

九、外設(shè)接口描述

（一）引腳復(fù)用器

所有GPIO引腳可通過(guò)內(nèi)置引腳復(fù)用器（PINMUX）進(jìn)行配置，所有引腳都有內(nèi)部上拉和下拉電阻，用于控制GPIO_PU和GPIO_PD。

（二）實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器（RTC）

有24位計(jì)數(shù)器和四個(gè)獨(dú)立比較器，計(jì)數(shù)器由內(nèi)部32k RCOSC/外部32k XTAL提供時(shí)鐘，并帶有12位預(yù)分頻器。比較器輸出可中斷CPU并從DLPS模式喚醒芯片。

（三）PWM/硬件定時(shí)器（TIM）

支持八個(gè)PWM/TIM模塊，具有8個(gè)獨(dú)立定時(shí)器（2個(gè)定時(shí)器專用于內(nèi)部使用）、獨(dú)立輸入時(shí)鐘分頻器（1/2、1/4、1/8、1/16、1/40）、3種模式（自由運(yùn)行/用戶定義/PWM）、32位計(jì)數(shù)器、互補(bǔ)PWM輸出和死區(qū)（僅Timer2、Timer3）以及PWM輸出狀態(tài)回讀功能。

（四）GPIO控制

提供32個(gè)GPIO，具有輸入/輸出功能、32個(gè)獨(dú)立中斷、3種中斷觸發(fā)條件（電平/邊沿/雙邊沿）和硬件中斷去抖功能。

（五）硬件按鍵掃描

支持可配置的12行 * 20列按鍵矩陣，每個(gè)IO PAD可配置為按鍵掃描的行或列引腳，具有可配置矩陣、掃描時(shí)鐘、去抖時(shí)間、掃描間隔、全鍵釋放檢測(cè)時(shí)間、26深度按鍵FIFO和按鍵過(guò)濾功能。

（六）IR控制器

提供靈活的紅外代碼發(fā)送和接收功能，發(fā)射器可編程紅外載波（10kHz - 60kHz）、載波占空比和載波周期數(shù)；接收器可編程采樣時(shí)鐘（最大40MHz），具備自動(dòng)/手動(dòng)觸發(fā)模式、硬件波形采樣（不受軟件任務(wù)干擾），RX FIFO深度為32。

（七）SPI

有兩個(gè)獨(dú)立的SPI接口，SPI0支持主從模式，SPI1僅支持主模式。SPI0具有主從模式、支持時(shí)鐘模式0 - 3（CPOL，CPHA）、4種傳輸模式（僅TX、僅RX、全雙工、EEPROM）、2n SPI CLK分頻器（RTL8762CMF最大20MHz，RTL8752CMF最大10MHz）、支持4 - 32位SPI數(shù)據(jù)幀（主模式）、4 - 16位SPI數(shù)據(jù)幀（從模式）、1個(gè)硬件CS（主模式）、32位FIFO（主模式36深度）、16位FIFO（從模式64深度）；SPI1支持主模式、時(shí)鐘模式0 - 3（CPOL，CPHA）、4種傳輸模式、2n SPI CLK分頻器（最大20MHz）、支持4 - 32位SPI數(shù)據(jù)幀（主模式）、3個(gè)硬件CS（主模式）、32位FIFO（主模式36深度），支持DMA傳輸。

（八）I2C

有兩個(gè)獨(dú)立的I2C接口，可配置為主或從模式，支持7/10位I2C地址、可配置I2C地址（從模式）、標(biāo)準(zhǔn)速度（0 - 100kHz）、快速速度（100kHz - 400kHz）、TX FIFO 8位 24、RX FIFO 8位 40，支持DMA。

（九）UART

有三個(gè)硬件UART（UART0、UART1、UART2），UART2專用于日志輸出。支持7/8數(shù)據(jù)格式、1/2位停止位、可配置奇偶校驗(yàn)位（奇數(shù)/偶數(shù)）、可編程波特率（最大4,000,000）、硬件流控制、RX線路空閑狀態(tài)檢測(cè)，支持DMA。

（十）直接內(nèi)存訪問(wèn)控制器（DMA）

具有6個(gè)DMA通道，每個(gè)通道有獨(dú)立的中斷和控制位，支持4種傳輸模式（內(nèi)存到內(nèi)存、內(nèi)存到外設(shè)、外設(shè)到內(nèi)存、外設(shè)到外設(shè)）、最大塊長(zhǎng)度4095、支持多塊傳輸（通道0和2）、支持分散聚集傳輸（通道1和3）、安全中止/異常中止/暫停傳輸、傳輸項(xiàng)計(jì)數(shù)器（單塊）和外設(shè)硬件握手接口。

（十一）AUXADC

提供內(nèi)置的（最多8個(gè)通道，具體取決于封裝類型）12位、400kbps AUXADC，用于外部模擬信號(hào)傳感和內(nèi)部VBAT電壓監(jiān)測(cè)，具有靈活的多通道采樣調(diào)度表、支持0 - VBAT輸入范圍的內(nèi)部電阻分壓器模式、內(nèi)部VBAT電壓傳感、支持單端模式和差分模式。

十、電氣和熱特性

（一）溫度限制

芯片有相應(yīng)的溫度限制額定值，在不同的溫度環(huán)境下使用時(shí)需要考慮這些限制。

（二）電源特性

包括電源供應(yīng)直流特性、內(nèi)部LDO特性、RTX LDO特性、合成器LDO特性等，不同的芯片（RTL8762CMF和RTL8752CMF）在電源相關(guān)特性上可能存在差異，設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)具體芯片進(jìn)行選擇和配置。

（三）ESD特性

芯片的所有引腳在HBM、MM、CDM測(cè)試方法下有相應(yīng)的ESD特性，在使用過(guò)程中需要注意靜電防護(hù)。

（四）AUXADC特性

在特定條件下，AUXADC具有分辨率、時(shí)鐘源、直流偏移誤差、增益誤差、DNL、INL、輸入電壓范圍、輸入阻抗、采樣電容等特性。

（五）無(wú)線電特性

包括頻率范圍、RX性能（靈敏度、最大輸入電平、C/I等）、TX性能（最大輸出功率、相鄰?fù)ǖ拦β时?、調(diào)制特性等）。

（六）數(shù)字IO引腳直流特性

不同的VDDIO電壓下，數(shù)字IO引腳有不同的輸入高/低電壓、輸出高/低電壓、上拉和下拉電阻、輸入高/低電流等特性。

（七）啟動(dòng)序列

芯片嵌入了上電復(fù)位電路（POR）和上電序列有限狀態(tài)機(jī)來(lái)啟動(dòng)系統(tǒng)，不同的啟動(dòng)方式（內(nèi)部上電復(fù)位電路啟動(dòng)、HW_RST_N引腳啟動(dòng)）有不同的上電時(shí)序要求。

（八）UART特性

UART有相應(yīng)的時(shí)序特性，如RX停止位和RTS變高之間的時(shí)間、CTS變低和設(shè)備發(fā)送第一位之間的時(shí)間、CTS變高和TX發(fā)送停止位之間的時(shí)間等。

（九）I2C時(shí)序特性

I2C有SCL時(shí)鐘頻率、SCL高/低周期、START和DATA保持時(shí)間、STOP和DATA建立時(shí)間、SCL和SDA上升/下降時(shí)間等時(shí)序特性。

（十）功耗

1. 低功耗模式：在特定條件下，掉電模式典型電流消耗為450nA，深度LPS模式（帶有160K SRAM保留狀態(tài)）典型電流消耗為2.5μA。
2. 活動(dòng)模式：RTL8762CMF使用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器時(shí)，活動(dòng)RX模式典型電流消耗為7.3mA，活動(dòng)TX模式（TX功率0dBm）為7.9mA，活動(dòng)TX模式（TX功率4dBm）為9.6mA，活動(dòng)TX模式（TX功率7.5dBm）為11.3mA；RTL8752CMF使用LDO時(shí)，活動(dòng)RX模式典型電流消耗為14.6mA，活動(dòng)TX模式（TX功率0dBm）為15.6mA，活動(dòng)TX模式（TX功率4dBm）為18.8mA，活動(dòng)TX模式（TX功率7.5dBm）為21.8mA。

十一、機(jī)械尺寸和回流焊曲線

（一）機(jī)械尺寸

芯片采用塑料四方扁平無(wú)引腳封裝（QFN），40引腳，5x5