a) Embedded-Modul
Die einfachste Art der Integration von Bluetooth oder NFC in ein System/Produkt ist die Verwendung eines embedded-Moduls. Embedded-Module enthalten den Funkchip, einen Hostcontroller, auf dem der Protokollstack läuft und in der Regel auch eine Antenne. Es handelt sich dabei also um komplette Subsysteme. Die Module ermöglichen eine Systemintegration, ohne dass man sich mit den Details der jeweiligen Funk-Technologie auseinandersetzen muss. Im Falle von Bluetooth sind embedded-Module weit verbreitet. Der große Vorteil von embedded-Modulen, wie z.B. der BlueMod+ Reihe von Stollmann, ist zudem, dass die Integration von Bluetooth schnell und kostengünstig ist. Die Module haben in der Regel eine einfache Kommandoschnittstelle, die die Host-Applikation nutzt, um die Funkfunktionen zu steuern. Die Module werden aufgelötet und über eine UART-Schnittstelle mit dem Applikationscontroller verbunden. Da die embedded-Module meist auch eine Antenne enthalten, sind sie in der Regel bereits für viele Länder zertifiziert und auch bei der Bluetooth SIG zugelassen. So ist die vollständige Integration der Technologie in wenigen Wochen möglich. Bei NFC sind embedded-Module, welche den NFC-Forum-Standard erfüllen, derzeit noch nicht verfügbar, so dass die Verwendung eines embedded-Moduls für NFC nicht in Frage kommt.
b) HCI/NCI-Modul
Reine Funkmodule bestehen aus dem Funkchip und in den meisten Fällen einer Antenne. Bei Bluetooth handelt es sich um HCI-Module und bei NFC sind es NCI- oder ebenfalls HCI-Module. HCI und NCI sind standardisierte Hardware- und Software-Schnittstellen, auf welche die Protokollstacks aufsetzen, wie z.B. der Bluetooth Stack von Stollmann ‚BlueCode+‘. Bei HCI/NCI-Modulen befindet sich auf dem Modul selbst kein Hostcontroller und damit natürlich auch kein Bluetooth oder NFC-Protokollstack. Das reduziert die Stückkosten, sodass diese Module deutlich günstiger sind als embedded-Module. Da die Module zusammen mit der Antenne ein komplettes Funksystem bilden, sind sie wie embedded-Module zugelassen und zertifiziert. Der Nachteil ist, dass die Integrationszeiten und Kosten deutlich höher sind im Vergleich mit embedded-Modulen. Die Hardware-Integration ist identisch mit der Integration von embedded-Modulen. Auch die HCI/NCI-Module werden als fertige Baugruppen auf die Basisplatine integriert und über den UART mit einem Applikationscontroller verbunden. Da die HCI/NCI-Module aber ohne Hostcontroller kommen, muss der Protokollstack auf dem Applikationscontroller des Systems zusammen mit der Applikation integriert werden. Der Protokollstack muss dabei an die Hardware des Systems und das Betriebssystem angepasst werden. Sowohl Bluetooth als auch NFC sind komplexe Technologien, sodass alleine die Stackintegration in der Regel 2 bis 3 Monate dauert und mit entsprechenden Kosten verbunden ist.
c) Chipintegration
Die höchste Integrationsstufe ist die Chipintegration. Die Chipintegration ermöglicht geringste BOM-Kosten bei höchsten Entwicklungskosten und längsten Entwicklungszeiten. Die Chipintegration ist zum Beispiel sinnvoll, wenn Produkte so klein wie möglich sein müssen und/oder in sehr hohen Stückzahlen laufen. Bei der Chipintegration werden alle Hardware-Komponenten direkt in dem Gerät auf der Basisplatine integriert. Problematisch ist hier insbesondere das Antennendesign. Da Bluetooth im 2.4GHz-Band funkt, ist hier nicht nur die Platzierung der Antenne ausschlaggebend, vielmehr muss beim gesamten Elektronik-Design darauf geachtet werden, dass nicht Abstrahlungen die Funkleistung des Gerätes beeinflussen. Diese Aufgabe erfordert tiefes HF-Wissen. NFC hingegen arbeitet ’nur‘ auf 13,56MHz. Hier besteht die Hauptherausforderung darin, eine Antenne so zu dimensionieren und zu platzieren, dass für jede NFC-Betriebsart ausreichend Leistung an der Gegenstelle über Induktion bereitgestellt wird. Im Falle der NFC-Integration gibt es eine weitere Besonderheit: NFC-Chips fallen grob in zwei Kategorien: NFC-Controller mit integrierter Firmware und NFC- Controller ohne integrierte Firmware. Bei NFC-Controllern mit integrierter Firmware werden alle echtzeitkritischen Ereignisse und Protokollschichten innerhalb der Firmware komplett bearbeitet. Diese NFC-Controller werden typischerweise über ein logisches Standardinterface wie NCI (NFC Forum) oder HCI (ETSI) angesteuert. NFC-Controller ohne integrierte Firmware, also einfache NFC-Transceiver, benötigen zusätzlich einen dedizierten Mikrocontroller, auf dem die echtzeitkritischen Low Level Firmware abläuft, die das NCI-/HCI-Interface zur Verfügung stellt. Es ist nicht möglich, den Protokollstack auf diesem dedizierten Mikrocontroller mit ablaufen zu lassen, da dies das Echtzeitverhalten des Systems negativ beeinflussen würde. Die Software-Integration ist identisch zu der Integration bei den HCI/NCI-Modulen, d.h. der Protokollstack muss mit der Applikation auf einem Hostcontroller laufen.
