BlueEnergy - · PDF fileHibernate

11
BlueEnergy KC-4114 Bluetooth Low Energy Module www.kcwirefree.com Version April 13, 2015 Page 1 Applications Wireless Mesh Networking iBeacon Tracking Sensors Medical Monitoring Key Finder Keyboards Remote Controls Hardware Features 21.0mm x 15.0mm x 2.3mm CSR1010 μEnergy Chipset Range Up To 200m +7.5dBm Transmitter -92.5dBm Receiver Sensitivity 12 Digital Programmable I/O Pins 3 Analog Programmable I/O Pins UART Interface Onboard Antenna Port PWM Drivers Firmware Features Bluetooth v4.0 Low Energy (Single Mode) Wireless Data Communications System Wireless Firmware Updating Easy To Use AT Command Interface Using UART Up To 80Kbps data transfer Custom Firmware Available Description The KC-4114 low energy modules are pre-engineered, pre-qualified, and highly tuned surface mount PCB modules that provide fully embedded, ready to use Bluetooth low energy wireless technology. Multi-surface pads provide both bottom pads for high volume reflow soldering and edge pads for low volume hand soldering. Our kcEnergy embedded firmware provides an easy to use AT style command interface over UART. kcEnergy is capable of storing OEM default settings, and is wirelessly upgradable. kcEnergy also provides remote control capability, where our AT commands can be issued remotely from any other Bluetooth Low Energy or dual mode EDR device using GATT. Custom firmware is available upon request.

Transcript of BlueEnergy - · PDF fileHibernate

Page 1: BlueEnergy -  · PDF fileHibernate

  

BlueEnergy KC-4114 Bluetooth Low Energy Module

www.kcwirefree.com  Version April 13, 2015  Page 1 

 

 

Applications 

Wireless Mesh Networking 

iBeacon  Tracking Sensors  Medical Monitoring 

Key Finder  Keyboards  Remote Controls 

Hardware Features 

21.0mm x 15.0mm x 2.3mm 

CSR1010 µEnergy Chipset  Range Up To 200m 

+7.5dBm Transmitter 

-92.5dBm Receiver Sensitivity 

12 Digital Programmable I/O Pins 

3 Analog Programmable I/O Pins 

UART Interface  Onboard Antenna Port  PWM Drivers 

Firmware Features 

Bluetooth v4.0 Low Energy (Single Mode) 

Wireless Data Communications System 

Wireless Firmware Updating 

Easy To Use AT Command Interface Using UART 

Up To 80Kbps data transfer  Custom Firmware Available 

Description 

The KC-4114 low energy modules are pre-engineered, pre-qualified, and highly tuned surface mount PCB modules that provide fully embedded, ready to use Bluetooth low energy wireless technology. Multi-surface pads provide both bottom pads for high volume reflow soldering and edge pads for low volume hand soldering. 

Our kcEnergy embedded firmware provides an easy to use AT style command interface over UART. kcEnergy is capable of storing OEM default settings, and is wirelessly upgradable. kcEnergy also provides remote control capability, where our AT commands can be issued remotely from any other Bluetooth Low Energy or dual mode EDR device using GATT. Custom firmware is available upon request. 

   

Page 2: BlueEnergy -  · PDF fileHibernate

  

BlueEnergy KC-4114 Bluetooth Low Energy Module

www.kcwirefree.com  Version April 13, 2015  Page 2 

Standard Bluetooth Low Energy Profiles 

The KC-4114 Low Energy modules comes standard with KcEnergy firmware which includes support for GAP, GATT, FMP, PXP, LLS, Device Information, Battery profiles, and other profiles and services. Here is a description of some of the main ones. 

GAP – Generic Access Profile 

The Generic Access Profile is a BLE mandatory profile responsible for the device name, appearance and Bluetooth connecting, advertising, and scan responses. It determines device interactions and defines the peripheral or central roles between two devices. It is also where pairing, bonding, and security measures take place. 

GATT – Generic Attribute Profile 

The Generic Attribute Profile is the profile in which determines how two BLE devices transfer data via the client/server relationship. The server is the device with the service and the client is the device that communicates with the server to complete the service. The GATT governs profiles, services, and characteristics transactions. Its job starts once two devices are connected. Other BLE profiles, besides GAP, are GATT based. 

FMP – Find Me Profile 

The Find Me Profile is a profile designed for locating another low energy device. An alert signal is activated on one device, while a trigger is set on the other device.  

PXP – Proximity Profile 

The Proximity Profile is used as an alert system that activates when two connected devices become out of range or beyond a desired distance. This triggers a response for the device, such as locking down, shutting off or perhaps rescanning for devices. It can also be used to detect when devices are closer, such as to trigger a different response like reconnection. It works in a proximity monitor and proximity reporter relationship where the GATT server is the proximity reporter. 

LLS – Link Loss Service 

The Link Loss Service is responsible for defining the behavior of a device after a link is lost between two devices. This service does not require other GATT –based services or devices. 

BAS – Battery Service 

The battery service is an internal device service that monitors and exposes the state of the battery within a device.  

OTA– Over The Air Update mode 

The over the air update mode enables users to update the application software using a wireless server/client connection. This is a different operating mode from the devices normal operating mode. The host device will actually disconnect from the server and then reconnect under the update mode. When the update is complete, the host disconnects and then resets, starting the new device application. Upon updating, the GATT database may change depending on the actions of the update. 

Other Bluetooth Low Energy Profiles  

KC-4114 is capable of supporting additional Low Energy profiles. Please contact KC Wirefree for customization options. 

   

Page 3: BlueEnergy -  · PDF fileHibernate

  

BlueEnergy KC-4114 Bluetooth Low Energy Module

www.kcwirefree.com  Version April 13, 2015  Page 3 

Physical Dimensions 

KC-4114 Top View 

 

 

 

   

1.5

PIO5 [CK]

PIO6 [CS]

PIO7 [MO]

PIO8 [MI]

1

2

3

4

5

6

7

8

20

19

18

17

16

15

14

139 10 11 12

GND

AIO2

AIO1

AIO0

TXD

RXD

PIO3

PIO4

GND

VDD

WAKE

PIO2

SPI

PIO11

PIO10

PIO9

PADS

1.0 X 2.0

1.8

5.254.55.25

5.2

3.5

10.5

15.0 MM

21.0

Page 4: BlueEnergy -  · PDF fileHibernate

  

BlueEnergy KC-4114 Bluetooth Low Energy Module

www.kcwirefree.com  Version April 13, 2015  Page 4 

Pin Assignment 

Pin  Function  Type  Description 

1  GND  --  Ground 

2  AIO2  I/O  Analog programmable I/O 

3  AIO1  I/O  Analog programmable I/O 

4  AIO0  I/O  Analog programmable I/O 

5  TX [PIO0]  Output  UART data out [PIO 0] 

6  RX [PIO1]  Input  UART data on [PIO 1] 

7  PIO3  I/O  Digital programmable I/O  

8  PIO4  I/O  Digital programmable I/O 

9  PIO5 [CK]  I/O  Digital programmable I/O [SPI CLK] 

10  PIO6 [CS]  I/O  Digital programmable I/O [SPI CS] 

11  PIO7 [MO]  I/O  Digital programmable I/O [SPI MOSI] 

12  PIO8 [MI]  I/O  Digital programmable I/O [SPI MISO] 

13  PIO9  I/O  Digital programmable I/O 

14  PIO10  I/O  Digital programmable I/O 

15  PIO11  I/O  Digital programmable I/O 

16  SPI  Input  HIGH enables SPI signals on PIO 5,6,7,8 

17  PIO2  I/O  Digital programmable I/O [used during startup for EEPROM reading] 

18  WAKE  Input  Sleep mode wakeup 

19  VDD  Input  Power Supply 1.8V – 3.6V 

20  GND  --  Ground 

Optional feature assignments shown in [brackets] 

 

   

Page 5: BlueEnergy -  · PDF fileHibernate

  

BlueEnergy KC-4114 Bluetooth Low Energy Module

www.kcwirefree.com  Version April 13, 2015  Page 5 

Interface Pins 

AIO Interface Pins [2,3,4] 

AIO 0, AIO 1, and AIO 2 are enabled for analog input by default, providing 10 bit samples. Analog pins are 1.8V logic for input mode. Voltage reading accuracy is guaranteed to 10 bits resolution. AIOs can also be used as digital PIOs if need be. 

UART Pins [5,6] 

The UART is industry standard, and operates at a logic level of VDD. A buffered signal IC is recommended for voltage translations to different UART voltages. UART pins can be re-assigned as PIO pins in firmware if desired. Available settings: 1200 – 2Mbps Baud rates, RTS/CTS flow control is available as a software implementation, None/Odd/Even parity, Stop Bits 1/2, Data Bits 8. Factory default is 115200-8-N-1. 

PIO Interface Pins [7,8,9,10,11,12,13,14,15,17] 

PIO pins are read and write enabled via kcSerial commands. Inputs can be configured for weak pull-up, weak pull-down, strong pull-up, strong pull-down. Voltage input tolerance and output level is equal to the VDD level. Note Pin 17 (Pio 2) is used to control the EEPROM during startup. Afterwards, it is available for general use. 

SPI Pins [9,10,11,12,16] 

The SPI pins are only available for firmware loading and test tools. Pin 16 [SPI] (HIGH) enables the SPI bus on pins 9 [CK], 10 [CS], 11 [MO], 12 [MI]. Otherwise, these pins operate as PIO pins. 

We highly recommend providing a header or test points for each of these pins for emergency diagnostics access. 

Wake Pin [18] 

The wake pin will exit all sleep modes. It is the only pin that will wake the device from the deepest sleep mode (Dormant). 

VDD Pin [19] 

Voltage supply pin accepts voltages between 1.8V - 3.6V. If a voltage regulator is used, it should have a fast response time < 20µs. It is essential that the power rail recover quickly. We recommend Texas Instruments TLV71333PDBVR. If a lithium coin battery is used, a large bypass capacitor (47µF – 100µF) is highly recommended due to increasing battery resistance when depleting. Note, the USB, UART, and PIO pins high outputs will be driven relative to this VDD input voltage level. 

GND Pin [20] 

System ground. 

   

Page 6: BlueEnergy -  · PDF fileHibernate

  

BlueEnergy KC-4114 Bluetooth Low Energy Module

www.kcwirefree.com  Version April 13, 2015  Page 6 

Current Consumption 

Operation Mode  Consumption  Wake Time  Description 

Wireless TX/RX  < 16mA    Wireless operations. 

Idle  <1 mA  Wake time < 1μs  All systems are active, without wireless activity. 

Deep Sleep  < 5μA  Wake time < 1ms Wireless radio is still available and UART is only available if baud rate is <2400 bps. Analog outputs are off. Device can wake up with radio, Uart, PIO, or WAKE pin activity. 

Hibernate  <1.5 μA  Wake time < 1ms Wireless radio and most other systems are off, but RAM is still active and firmware still runs. Device can wake up with an internal timed event or WAKE pin. 

Dormant  <600 nA   Only an internal clock is running. Device can wake up with WAKE pin only. The device essentially reboots and loads firmware upon wake up. 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 7: BlueEnergy -  · PDF fileHibernate

  

BlueEnergy KC-4114 Bluetooth Low Energy Module

www.kcwirefree.com  Version April 13, 2015  Page 7 

 

Electrical Characteristics 

(Conditions VDD= 3.3V and 25 °C) 

Absolute Maximum Ratings  Min  Max  Unit 

VDD  1.8  4.2  V 

I/O  -0.4  3.6  V 

Temperature  -40  85  C 

Recommended Operating Conditions  Min  Max  Unit 

VDD  1.8  3.6  V 

Current    50  mA 

Temperature  -30  85  C 

Digital PIO & UART Pins  Min  Max  Unit 

Logic Low Input  -0.4  0.3 x VDD  V 

Logic High Input  0.7 x VDD  VDD + 0.4  V 

Logic Low Output  0  0.4  V 

Logic High Output  0.7 x VDD  VDD  V 

Current Input (weak pull down / strong pull down)    5 / 150  A 

Current Output    4  mA 

Analog I/O Pins  Min  Max  Unit 

Input  0  1.35  V 

Output  0  1.35  V 

Current Output    30  mA 

Resolution    10  Bits 

Accuracy    +/-1  Bit 

Sample Rate    700  Samples/s 

RF Characteristics  Typical  Unit 

Load  50   

PA Transmit  +7.5  dBm 

LNA Receive Sensitivity  -92.5  dBm 

 

Page 8: BlueEnergy -  · PDF fileHibernate

  

BlueEnergy KC-4114 Bluetooth Low Energy Module

www.kcwirefree.com  Version April 13, 2015  Page 8 

Example Hardware Interface Connections 

This example schematic is our DEMO-4114 v3 Evaluation Board. 

SE

LEC

TP

OW

ER

SO

UR

CE

UP

TO 1

00U

FR

EQ

UIR

ED

FO

R B

ATTE

RY

SP

I IN

TER

FAC

E -

FAC

TOR

Y O

NLY

US

B-U

AR

T A

DA

PTE

R

CU

RR

EN

T M

EA

SU

RE

ME

NT

OU

TPU

T E

XA

MP

LE

INP

UT

EX

AM

PLE

FID

UC

IALS

FCI 1

0118

194

EV

Q-Q

2P03

W

EV

Q-Q

2P03

W

2.2U

F

330R

KE

YS

TON

E 3

034

KC

-401

4

47U

F

IDT

QS

3VH

126

0.1U

F

CK

SD

A01

H1S

BD

0R0R

FTD

I_FT

230X

S

27R

27R

NC

7WZ1

7P6X

GR

EE

N

GR

EE

N

330R

330R

10K

0R (D

NI)

0R (D

NI)

KC

SP

I MO

DU

LE V

2

SP

I TE

ST

PO

INT

1R 1

%

100K

CO

N1

SW

3

SW

2

F1

C2

R9

AN

T1

NE

GP

OS

1

PO

S2

CO

N3

PIO

217

PIO

37

PIO

48

PIO5_CLK 9

PIO6_CSB 10

PIO7_MOSI 11

PIO8_MISO 12

PIO

913

WA

KE

18V

DD

19G

ND

20

PIO

1014

GN

D1

1

PIO

1_R

X6

PIO

1115

PIO

0_TX

5A

IO0

4A

IO1

3A

IO2

2

SP

ISE

L16

GND221

GND323

RF22

U2

C1

NC

1Y

1OE

1A2Y

2OE

2A

GND

3A

3OE

3Y4A

4OE4Y

NC1

VCC

U3

C3

SW

1

R2R1

TP1

TP2

VC

C12

3V3O

UT

10

US

BD

+8

US

BD

-9

GN

D5

TXD

1

RX

D4

RTS

2C

TS6

CB

US

015

CB

US

114

CB

US

27

CB

US

316

VC

CIO

3R

ES

ET

11

GN

D1

13

U1

R7

R8

U5

LED

1

LED

2

R10

R12

R4

R5

R6

CLK

CS

B

MO

SI

MIS

OV

DD

GN

D

1.8V_OUTVIO

US

B-

US

B+

3.3V_OUT

U4

1 2 3

CSBMISOMOSICLKGNDVDD

TP5

1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

R3

R11

PIO

_4_R

TS

PIO

_4_R

TS

PIO

_4_R

TS

PIO

_5_C

LKPIO_5_CLK

PIO

_5_C

LK

PIO_5_CLK

PIO

_6_C

SB

PIO_6_CSB

PIO

_6_C

SB

PIO_6_CSB

PIO

_9

PIO

_9

PIO

_9

PIO

_1_R

X

PIO

_0_T

X

PIO

_7_M

OS

I

PIO

_7_M

OS

I

PIO_7_MOSI

PIO_7_MOSI

PIO

_8_M

ISO

PIO

_8_M

ISO

PIO_8_MISO

PIO_8_MISO

AIO

_1

AIO

_1

AIO

_0

AIO

_0

3.3V

3.3V

PIO

_3_C

TS

PIO

_3_C

TS

PIO

_3_C

TS

PIO

_2

PIO

_2

PIO

_10

PIO

_10

PIO

_10

PIO

_11

PIO

_11

VD

D

VD

D

VD

D

VD

D

VD

D

VD

D

VD

D

VD

D

VD

D

VD

D

AIO

_2

AIO

_2

WA

KE

WA

KE

CLK

CS

B

SP

I_V

IO

SP

I_V

IO

SP

I_V

IO

SPI_VIO

VBAT_3.0V

VB

AT_3

.0V

US

B-

US

B+

US

B_5

.0V

MO

SI

MIS

O

KC

-401

4K

C W

IRE

FRE

ELO

W E

NE

RG

YM

OD

ULE

US

B-U

AR

T C

ON

VE

RTE

R

CR

2032

BAT

TER

Y

AC

TIV

ITY

AU

X

AU

X

CO

MM

AN

D

BU

FFE

R D

RIV

ER

USB MICRO B

5V D-

D+

NC

GN

D

0603

0603

0603

0805

0603

ON

1B08050805

0603

0603

GN

DV

DD

0603

0603

0603

0603

0603

0603

0603

TP6

TP7

Page 9: BlueEnergy -  · PDF fileHibernate

  

BlueEnergy KC-4114 Bluetooth Low Energy Module

www.kcwirefree.com  Version April 13, 2015  Page 9 

Firmware Interface 

Our kcEnergy firmware offers an easy to use AT Command set to issue configuration and operational commands via UART, using simple text strings. Firmware can be updated wirelessly. 

kcEnergy firmware will be updated continuously for at least the next 12 months. 

Firmware updates are performed wirelessly from a PC using a firmware update application (provided by KC Wirefree) and Bluetooth low energy (a Bluetooth low energy USB micro dongle is available from KC Wirefree). 

   

Page 10: BlueEnergy -  · PDF fileHibernate

  

BlueEnergy KC-4114 Bluetooth Low Energy Module

www.kcwirefree.com  Version April 13, 2015  Page 10 

Qualifications 

Bluetooth 

Qualification Design ID: B017702. 

The KC-4114 is registered with and licensed by Bluetooth SIG as a qualified design. KC Wirefree provides a Qualified Design that should be sufficient for product licensing without additional Bluetooth testing requirements. Usage of Bluetooth registered trademarks must be licensed directly from Bluetooth SIG. Please contact Bluetooth SIG regarding product licensing fees. 

FCC 

Pending 

CE 

Pending 

Industry Canada 

Pending 

SAR 

Pending 

   

Page 11: BlueEnergy -  · PDF fileHibernate

  

BlueEnergy KC-4114 Bluetooth Low Energy Module

www.kcwirefree.com  Version April 13, 2015  Page 11 

Datasheet Versions 

Revisions  Changes 

Jan 30, 2015  Initial Release 

Apr 13, 2015  Schematic update 

   

Ordering Information 

Order Part Number  Description 

KC‐4114.0  Blue Energy Module 

   

Product Series  KC-4114 

Product Version  0 

Country of Manufacture  USA 

Contact Information 

KC Wirefree 2640 W Medtronic Way Tempe, Arizona 85281 

(602) 386-2640 

www.kcwirefree.com  Website [email protected]  Sales Support [email protected]  Technical Support