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Eine Referenzplattform für schnelle Prototypenentwicklung

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Die Entwicklung der ClickBeetle ​Referenzplattform

Die ClickBeetle-Referenzplattform definiert einen neuen Standard für das Verbinden kleiner Evaluierungs-Module und bringt Evaluierungs-Plattformen in der Größe des jeweiligen Endprodukts hervor. Die Verbindung der Plattform zur Außenwelt erfolgt mit Durchsteckverbindungen im 2-mm-Raster oder mit Halb-Vias für die Oberflächenmontage. Die Leiterplatte selbst misst 26 x 16 mm.

Die 20 Anschluss-Pins der Plattform sind simpel und universell gehalten. Das System wird mit 3,3 V betrieben und hat Anschlüsse für VBAT, Debug, UART, SPI, I2C und bis zu 16 GPIOs (wenn Debug und SPI nicht genutzt werden). Daneben stehen immer mindestens zwei externe Interrupts, bis zu vier Analog-Pins und mindestens zwei PWMs zur Verfügung. Da ClickBeetle-Platinen gestapelt werden können, sind die Anschlüsse sowohl für das Ausgangsmodul als auch für alle weiteren Platinen mit Stromversorgung, Kommunikation, Sensorik, HMI oder anderen Funktionalitäten geeignet.

Die erste ClickBeetle-Generation konzentriert sich auf das IoT und drahtlose Applikationen. Unsere Kunden können hier mit der Auswahl des gewünschten Funkprotokolls beginnen, indem sie das passende ClickBeetle-Modul auswählen. Hinzu kommt noch eine PowerBeetle-Batterieplatine mit USB-Ladefunktion, und schon ist das Funk-Protokoll mit dem SDK von FEEU startbereit. Mit zusätzlichen Funktionserweiterungen lässt sich umgehend ein Referenz-Board herstellen, das der Prototypphase vorangeht. FEEU bietet für weitere Funktionen an, binnen kurzer Zeit ein ClickBeetle-Erweiterungs-Board zu bauen, das die fehlende Hardware beliebiger Hersteller nachrüstet. Parallel dazu sorgen unsere Embedded-Software-Ingenieure dafür, dass die neue Hardware mit dem ClickBeetle SDK funktioniert.

Die Referenzplattform im Einsatz

Die mit vier Mitgliedern gestartete ClickBeetle-Familie wächst stetig weiter. Zunächst bildeten BlueBeetle I oder BlueBeetle II das Gehirn der ClickBeetle-Referenzplattform unter Einschluss einer BLE-Funkverbindung. Um die Funktionalität weiter auszubauen, kamen mit SensorBeetle I Sensoren für Temperatur, Feuchte, Beschleunigung, Magnetfeld und Drehung hinzu, während mit PowerBeetle I PMIC-Features mit einer RTC von Ambiq Micro sowie Power Management und Akkuladung per USB implementiert wurden.

Es kommen jedoch noch weitere Versionen. Zum Beispiel wird die Palette der Funk-Protokolle erweitert: ClickBeetle unterstützt dann auch ZigBee, Wi-Fi und Mehrprotokoll-Features. PowerBeetle wird durch eine Version II ergänzt, die neben dem Laden per USB auch mit Energy Harvesting aufwartet. Gleichzeitig setzen wir die Planung und Realisierung von Erweiterungskarten fort. Für Situationen, in denen bereits ein Nicht-ClickBeetle-Board genutzt wird, bieten die in Kürze verfügbaren ClickBeetle-Adapter-Boards die Möglichkeit zum Kombinieren mehrerer Standards.

ClickBeetle ist somit eine Entwicklungsplattform, die es den Kunden erlaubt, schnell mit der Entwicklung ihrer eigenen Software zu beginnen und sich auf die Implementierung eigener Schlüsseltechnologien zu konzentrieren. Da die Software-Implementierung großen Einfluss auf den späteren Stromverbrauch haben kann, ist es hilfreich, auf Hardware zurückgreifen zu können, deren Stromverbrauch weitgehend dem des finalen Produkts entspricht, sodass sich verschiedene Einstellungen und Konzepte vergleichen lassen. Parallel zu dieser kundenseitigen Entwicklungsarbeit kann FEEU seinen Fokus darauf richten, die Abmessungen der Applikation weiter zu verkleinern. Ein entscheidender Erfolgsfaktor sind hierbei Partner, die einen hohen Grad an SiP-Integration (System in Package) bieten können. Bei SiP geht es nicht nur um die Zusammenfassung mehrerer Chips auf einem Substrat, sondern um die Integration von praktisch allem, was für die Applikation benötigt wird, in ein BGA, LGA oder ein anderes kleines Package.

ClickBeetle ist bereits in ersten Kundenprojekten im Einsatz – und dass, obwohl die Plattform erst kürzlich entstanden ist. So wurde sie beispielsweise für die Entwicklung eines ASICs für eine proprietäre Low-Power-Kommunikation genutzt. Die ClickBeetle-Plattform machte es möglich, sehr schnell ein Gesamtsystem zusammenzustellen, welches dem finalen Formfaktor schon sehr nahekommt. Ein weiteres Beispiel: Ein Sensorentwickler benötigte für seine für einen neuen Sensor eine BLE-Schnittstelle sowie einen MCU, fand hierfür aber keine passende Evaluierungsplattform. Der ClickBeetle konnte praktisch ohne weitere Hardware-Entwicklung helfen, einen kleinen Prototyp für erste Feldtests herzustellen.

In beiden beschriebenen Fällen dient der ClickBeetle zunächst als reine Referenzplattform für benötigte Funktionalitäten, die mit einfachen Mitteln und Adapter-Platinen in die bestehende Entwicklungsumgebung des Kunden auf einem Breadboard oder mittels mikroBUS integriert werden können. Insgesamt hilft die ClickBeetle-Plattform dabei, in kurzer Zeit Prototypen herzustellen – auch in Kombination mit neuen Bauteilen oder eigenen Sensorprodukten.

Dank des modularen Designs stimmt die Leistungsaufnahme des resultierenden Prototyps bereits sehr gut mit der des finalen Produkts überein. Das Konzept erlaubt es FEEU nicht zuletzt, schnell auf Markttrends zu reagieren, indem einzelne Boards ausgetauscht werden. Wenn ein Entwicklungssystem direkt von einem Halbleiteranbieter kommt, stammen meist alle wichtigen Bauelemente von diesem Anbieter. Gemäß dem Best-in-Class-Konzept von FEEU erleichtert die modulare ClickBeetle-Plattform dagegen die Verwendung von Bauteilen aus mehreren Quellen, damit entsprechend der Vorgaben des Kunden die bestmögliche Lösung realisiert wird.

* Dr. Klaus-Peter Dyck ist Senior Manager Marketing & Application bei Fujitsu Electronics Europe.

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