NXP UWB IC NCJ29D5公板開箱

甚麼是UWB ?

UWB是無載波通信技術，利用奈秒（ns）至皮秒（ps）級的非正弦波窄脈衝傳輸資料，而時間調變技術令其傳送速度可以大大提高，而且耗電量相對地低，並有較精確的定位能力。與常見的通信使用的連續載波方式不同，UWB採用極短的脈衝訊號來傳送資料。這些脈衝所占用的頻寬甚至達到幾GHz，因此最巨量資料傳輸速率可以達到幾百Mbps。因為使用的是極短脈衝，在高速通信的同時，UWB裝置的發射功率卻很小，僅僅只有目前的連續載波系統的幾百分之一。

超寬頻的傳輸距離都是在十公尺之內，它的傳輸速率高達480Mbps，是藍牙的159倍，是Wi-Fi標準的18.5倍，非常適合多媒體資訊的大量傳輸。

NXP Automotive grade UWB IC NCJ29D5

NXP 於車用UWB市場推出新款UWB IC NCJ29D5 超寬帶射頻晶片利用到達時間差(TDoA)的無線定位技術來達到精準控制，定位誤差範圍在10cm以內的定位技術。

NCF29D5 可以支援以下功能 :

          ．有效抵禦來自低頻PKE系統的干擾

          ．透過UWB精準定位達到免提模式的智慧存取

          ．應用於車用市場的安全測距應用

          ．頻寬支援 6.0Ghz-8.5Ghz 全球標準均可使用

          ．中心頻率範圍 6.5Ghz-8.0Ghz

          ．可規劃輸出強度最大可達12dBm

          ．輸入電源範圍 1.8V-3.6V

          ．低電源功耗

          ．資料傳輸率可達 7.8Mbps

          ．支援雙向測距以及TDoA

          ．ARM Cortex 32位元處理器 55.2Mhz

          ．256Kbyte 非揮發記憶體

          ．40Kbyte RAM

          ．96Kbyte ROM

          ．支援SPI, UART, LIN 介面

          ．ARM TrustZone 安全技術

          ．支援AES-128 以及AES-256加密技術

          ．整合溫度感應器支援震盪器溫度飄移補償

          ．支援10bit ADC

 

RANGER4 NCJ29D5公板開箱

。硬體連接

從NXP官網購買的NCJ29D5 公板如下圖。

NXP提供的公板操作環境需再搭配S32K144的公板做控制介面連接，S32K144 的公板如下 :

NCJ29D5 提供了的介面可以跟S32K144 的公板直接做board2Board連接，連接方式之後如下圖所示 :

。S32K韌體更新

開始做UWB演示之前必須先安裝 S32K 的PC端驅動，如果連接USB纜線到PC端的時候在裝置管理員沒有出現以下裝置畫面，則須至 PEMICRO 官方網站下載驅動。
網址為 : http://www.pemicro.com/opensda/

當上面的畫面出現的時候我們可以準備刷新S32K內部的代碼了。

NXP會給予代理商NCJ29D5的軟件包 NCJ29D5_S32K_CADS_v1.0

打開軟件包會看到該目錄有以下的文件檔案 :

依序進入 NCJ29D5_S32K_CADS_v1.0\onboard\NCJ29D5_S32K_CADS\bin

在bin的目錄下選擇 .bin 的檔案

這個時候可以直接將 NCJ29D5_S32K_CADS.bin 拖拉進 EVB_S32K144的虛擬磁碟槽中，按一下RESET按鍵，則boot loader 會自動將S32K韌體做更新動作，並在完成時自動將檔案刪除。

經過更新之後確認一下NCJ29D5 的IC版號，以筆者來說拿到的IC版本是NCJ29D5B 的版本，則要搭配的PC端軟件版本是 NCJ29D5 Evaluation Tool v3.1.0。
該版本可以直接跟NXP申請或是跟世平區代表FAE索取該軟件。運行以下測試之前，需再另接UWB的天線板，可以直接將天線板上的SMA接頭跟NCJ29D5 板上的SMA接頭對接。

。執行 NCJ29D5 Evaluation Tool

運行軟件之後可以看到上圖視窗，軟件會識別出目前所連接的IC硬件版本跟韌體版本。

點擊 之後，進入主畫面 :

點擊放大鏡的圖示 :

會搜尋到目前所連接的兩個UWB模組的狀態如下 :

由視窗訊息可以看到兩個device 所連接的com port 以及兩者狀態還沒有經過configure … 接著按一下configure 的圖示



則這兩個device 會依據系統給予的com port 編號來做設定，以筆者狀況是COM6 跟 COM7 ，這兩個devices會被分別規劃成一個 initator 一個 responder。

可以觀察一下所連接的兩片demo board ，其中代表 Initiator 的一端會藍燈恆亮，代表 Responder 的一端則綠燈閃爍

這個時候代表兩端都已經規劃好對應的角色了，我們可以開始做Ranging 的測試，

按一下Start Ranging 的圖示 :

開始ranging 的測試之後再GUI上會刻劃出距離移動的軌跡，隨著距離變遠

刻劃出的軌跡也會慢慢變大，最終測到約莫80cm的間距。



以下是筆者的測試環境 :



結語 :

UWB的技術已經存在了近三十年。從早期射頻技術就將訊號擴展到較大頻寬以確保很高的資料速率和較低的功耗。然而，儘管在蠻多領域中都應用了UWB，但這項技術在消費性
電子產品中的影響力仍然有限。然而，相關標準經過修訂之後，新的商用晶片問世，再加上Apple的支持，我們已經發現UWB應用有新的領域。不久之後，UWB與藍牙低功耗技
術搭配使用，將會十分適合應用於在新冠疫情下保持社交距離的可穿戴裝置。  UWB為即時定位服務(RTLS)應用提供了另一個的選擇。這些類型的應用需要快速測量目標相對於參
考點的距離和位置。使用例子包括物件追蹤、室內導航和保持社交距離。而無線位置測量系統使用了訊號強弱(RSSI)定位技術來估算兩個收發器之間的距離，以衡量訊號自發射器
離開後，訊號功率衰減了多少。然而，某些障礙物會帶來許多干擾因素，或是多路徑衰減，因此若只考慮訊號強弱其實無法精確地指示實際的距離。有鑒於此，UWB並不採用訊
號強弱作為定位方式，而是測量無線電脈衝到達接收器並返回所需的時間，來測量兩個UWB無線電之間的距離。可以考慮接收器延遲和光速來實現準確的距離估算。使用多天線
來測量入射脈衝的到達角(AoA)，可以找到目標的位置。然後，將距離和方向資料相結合，系統便可以精確地確定無線電脈衝發射器在三個維度上的位置。在大規模疫苗接種計
畫擊敗新冠病毒之前，建基於BLE/UWB驅動的產品有望在控制疫情中發揮越來越重要的作用。這將提升UWB技術的公眾知名度，並為晶片製造商提供一個健全發展的市場。除
了疫情之外，RTLS領域還將實現快速的成長；分析機構Allied Market Research預測，該市場2019年至2026年的複合年成長率(CAGR)為30.2%，這將有助於鞏固UWB技術的發
展前景。眼看著Apple在iPhone 11中整合了自行開發的UWB晶片以「帶動空間意識」進入智慧型手機，除了PC周邊設備和連絡人追蹤之外，也鼓勵新的消費性應用多加利用精
確定位技術，進一步促進了UWB作為消費性技術的興起。
( 參考資料來源 :  
   NXP 官方網站 : https://www.nxp.com/products/wireless/secure-ultra-wideband-uwb/uwb-ic-for-automotive-applications:NCJ29D5 
   EET Taiwan news https://www.eettaiwan.com/20210204nt71-has-uwb-found-its-killer-application/ 
)