セルラーIoTアプリケーション向けNordic Semiconductor製nRF960 SiPの利点

セルラーIoT（セルラー版モノのインターネットの略）は、膨大な数のデバイスとの接続および通信方法に革命をもたらし、モノのインターネット（IoT）をかつてないほど身近で汎用性の高いものにしています。

この技術は、2G、3G、4G、5Gなどのセルラーネットワークを活用して、さまざまなIoTデバイスにコネクティビティを提供し、データや情報をシームレスに交換できるようにします。

このブログでは、 Nordic Semiconductorの nRF9160 SiP （システムインパッケージ）が、セルラーIoTアプリケーションのサイズ、消費電力、コストアップ圧力に応えるために設計者をどのように支援できるかを見ていきます。

SiP技術の利点

SiPは、2つ以上のICと受動部品を1つのパッケージに統合したものです。これにより、システムサイズの縮小、市場投入までの時間の短縮、設計機会の拡大といった利点がもたらされます。

SiPが提供する集積度のレベルは、デジタルおよびアナログのブロックを、アンテナやMEMSセンサなどの受動部品とともに選択し、単一の小型パッケージに収めることができることを意味します。これにより、プリント基板上のスペースを大幅に節約でき、スマートフォンからウェアラブル、スマートデバイス、その他のIoTノードに至るまで、さまざまな最終製品の全体的なフットプリントの削減に貢献できます。

セルラーIoTのための小型ソリューション

Nordicの nRF9160 SiP （図1）は、さまざまなアプリケーションや開発者にとって手の届く低消費電力セルラー技術を提供します。高度な統合と事前認証により、複雑なワイヤレス設計のハードルに対応し、セルラー技術をグローバルに展開するために必要な包括的な認証一式を備えています。

図1：nRF9160は、小型で高集積のシステムインパッケージ（SiP）です。（提供：Nordic Semiconductor）

nRF9160は、アプリケーションプロセッサ、フルLTE-M/NB-IoTモデム、RFフロントエンド、および統合された電源管理を小型な10mm x 16mm x 1mmのパッケージに凝縮することで、セルラーIoT向けの合理化されたソリューションを提供します。資産追跡アプリケーション向けに、GNSSサポートを内蔵した特別バージョンを提供しています。従来のGNSS衛星三辺測量にとどまらず、セルタワーやGPS位置情報サービスも取り入れ、電力効率に優れた位置情報取得を実現しています。

グローバルに互換性のあるLTEモデムを搭載したnRF9160 SiPは、以下のバンドをサポートしています。

• 米国 - B2、B4、B5、B12、B13、B14、B25、B26、B66
• EU/APAC - B1、B3、B4、B5、B8、B13、B18、B19、B20、B25、B26、B28

さらに、SiPにはArm Cortex-M33が搭載されており、Arm TrustZoneやArm CryptoCell 310などのセキュリティ機能をサポートしています。

デジタルとアナログのインターフェースおよび周辺モジュールが幅広く提供されているので、さまざまなシングルデバイスの設計を選択することが可能です。さらに、必要に応じてスタンドアロンのLTEモデムとしても機能します。包括的なセルラーIoT設計を容易にするために、モデムファームウェア、リアルタイムオペレーティングシステム（RTOS）、アプリケーションソフトウェアサンプル、ハードウェアリファレンス設計などの重要なコンポーネントが含まれています。

また、たとえばBluetooth Low Energyゲートウェイの構築に使用できるnRF52840ボードコントローラも含まれています。

Nordicでは、LTE-M、NB-IoT、およびGPSを使用するnRF9160 SiPを開発するための、手頃な価格のフル機能シングルボード開発キット nRF9160-DK （図2）を提供しています。

図2：nRF9160開発キット。（提供：Nordic Semiconductor）

LTE-MおよびNB-IoTの専用アンテナを備え、幅広い周波数帯域に対応し、グローバルな運用が可能です。このボードには、GNSS用の専用パッチアンテナおよびBluetooth LEコネクティビティ用に設計された2.4GHzアンテナが搭載されています。SWF RFコネクタを搭載し、LTE-M/NB-IoTや2.4GHzアンテナに柔軟に対応します。さらに、外部GNSSアンテナ用のコネクタも用意されています。

このキットには、ユーザーがプログラム可能なLED（合計4個）と、簡単な入出力のための2つのボタンと2つのスイッチがあります。また、4FF SIMカードとMFF2 SIMフットプリントの両方に対応し、プラグインとハンダ付け（e）SIMの両方に対応できるなど、さまざまなSIMカードオプションにも対応可能です。さらに便利なことに、このキットにはiBasis社のeSIMカードがバンドルされており、あらかじめ10MBのデータが入っています。

設計者は、 nRF Connect SDK使用することで、将来の開発にも対応できます。これは、アプリケーション層のプロトコル、実用的なサンプル、周辺機器ドライバなど、シームレスなスタートに必要なものがすべて含まれた包括的なパッケージです。

このキットは、NordicのクラウドソリューションであるnRF Cloudとシームレスに統合され、コネクティビティを容易にします。テストとネットワーク評価をさらに支援するために、nRF Connect for Desktop内にあるnRF Link Monitorツールは、ATコマンドインターフェースを提供し、リンクの検査とネットワーク関連情報の取得を可能にします。

まとめ

NordicのnRF9160 SiPの利点は、セルラー通信のようなワイヤレスソリューションにおいて、小型で電力効率と信頼性を必要とするIoT機器にとって魅力的なソリューションとなります。さらに、これらのデバイスの利点には、信号の完全性、設計の容易さ、熱的利点、コスト削減の可能性などがあります。