Спецификация форм-фактора семейства Nicla

Наш самый компактный корпус с расширенными возможностями.

Автор: Dario Pennisi

Последнее обновление: 30.09.2025

Данный документ описывает философию проектирования и технические характеристики форм-фактора Nicla, и должен использоваться как руководство при разработке плат и аксессуаров (шилдов/несущих плат), совместимых с этим форм-фактором.

Форм-фактор Nicla

Форм-фактор Nicla разработан с учётом потребностей промышленных приложений и производителей, которым нужен универсальный пакет с функциями беспроводного сбора данных. Ключевой акцент сделан на сборе и обработке данных на периферии при минимальном энергопотреблении. Платы Nicla интегрируют специализированные датчики и высокопроизводительные микроконтроллеры, способные обрабатывать необработанные данные в режиме реального времени и предоставлять измерения высокого уровня хост-плате или основному приложению. Платы Nicla поддерживают программируемое напряжение ввода-вывода в диапазоне от 1,8 до 3,3 В, опорное напряжение для которого может подаваться извне или генерироваться внутренне.

Семейство Nicla разработано для удовлетворения следующих ключевых требований:

• Низкое энергопотребление

• Встроенная обработка данных датчиков с возможностями ИИ

• Беспроводная связь

• Частичная совместимость с форм-фактором MKR

• Промышленный температурный диапазон

Платы Nicla разработаны для следующих трёх сценариев использования:

• Автономный режим — Платы Nicla могут использоваться как традиционные платы Arduino, на которые пользователь загружает готовое приложение. В этом сценарии микроконтроллер Nicla выполняет всё приложение целиком, а его интерфейсы используются для связи с внешними датчиками и исполнительными устройствами.

• Периферия ESLOV — Платы Nicla могут подключаться через разъём ESLOV, состоящий из 5 контактов, включая шину I2C, источник питания и GPIO. Через этот разъём плата может сопрягаться с платами MKR напрямую или, с помощью адаптерных кабелей, с другими платами, предоставляющими аналогичные интерфейсы, такими как QWIIC, STEMMA/STEMMA QT и GROVE. Платы Nicla поставляются с готовой прошивкой, которая абстрагирует датчики и позволяет считывать измерения высокого уровня, обработанные основным процессором Nicla.

• Шилд для MKR — Платы Nicla могут устанавливаться на плату MKR в качестве шилда. В этом сценарии MKR выполняет основное приложение и взаимодействует с Nicla через I2C так же, как через ESLOV.

• Беспроводной режим — Платы Nicla могут работать от аккумулятора и передавать данные беспроводным способом центральному процессору. Как и в других сценариях, Nicla обрабатывает данные датчиков и предоставляет обработанную информацию высокого уровня.

Механические характеристики

Размер и форма платы

Форм-фактор Nicla имеет квадратную форму со стороной 900 мил, не считая выступов разъёмов, предназначенных для прохождения сквозь корпус. Несмотря на то что плата квадратная, её форма и разъёмы асимметричны, что исключает неправильную ориентацию при подключении.

Размеры платы Nicla

Для создания единой экосистемы и возможности изготовления корпусов, совместимых со всем семейством, форм-фактор Nicla фиксирует следующие механические позиции:

• Разъёмы плата-плата

  • Гребёнки ввода-вывода

  • Отладочные «плавники» (fins)

• Пользовательский интерфейс

  • Кнопка

  • RGB-светодиод

• Разъёмы плата-кабель

  • USB-разъём

  • Разъём аккумулятора

  • Разъём ESLOV

Гребёнки (Headers)

Размеры гребёнок Nicla

Плавники (Fins)

Размеры плавников Nicla

Пользовательский интерфейс

Размеры пользовательского интерфейса Nicla

Разъёмы

Размеры разъёмов Nicla

Питание

Платы Nicla могут получать питание от четырёх различных источников:

• USB-разъём

• Разъём ESLOV

• Контакт Vin

• Аккумулятор

При питании от USB, Vin или ESLOV плата может заряжать аккумулятор, если программа настроена соответствующим образом. Все напряжения могут присутствовать одновременно без каких-либо проблем, поскольку три напряжения объединяются через диоды. Контакт Vin подключён напрямую к PMIC, тогда как два других источника проходят через диоды — это означает, что разъём ESLOV не может питать внешние устройства и предназначен преимущественно для работы в режиме периферии.

Платы Nicla оснащены встроенным зарядным устройством для однобаночных литий-полимерных аккумуляторов с программируемым током заряда, зависящим от конкретной платы. Все платы поддерживают режим сна, при котором ток потребления от аккумулятора сведён к минимуму, а система остаётся выключенной до нажатия кнопки сброса.

Внешние интерфейсы

Гребёнки (Headers)

Контакты гребёнки ввода-вывода управляются двунаправленным преобразователем уровней напряжения, позволяющим разделить напряжение ввода-вывода и внутреннее напряжение ЦПУ. Контакты гребёнки привязаны к контакту VDDIO, который может генерироваться внутренне с программируемым напряжением или подаваться извне. Плата имеет два ряда контактов гребёнки с металлизированными площадками, частично совместимых с форм-фактором MKR. В частности, платы Nicla разработаны так, чтобы плата Nicla могла устанавливаться в первую половину разъёмов MKR.

Используя это подключение, можно применять Nicla в качестве шилда для MKR или использовать Nicla как контроллер для шилдов MKR при условии, что шилд не использует отсутствующие контакты.

Распиновка

Гребёнка J1

Контакт	Название	Контакт MKR	Описание
J1-8	ADC1	A0	Аналоговый контакт
J1-7	ADC2	A1	Аналоговый контакт
J1-6	SCLK	A2	Тактовый сигнал SPI
J1-5	CIPO	A3	SPI: вход контроллера / выход периферии
J1-4	COPI	A4	SPI: выход контроллера / вход периферии
J1-3	CS	A5	Выбор кристалла SPI
J1-2	ADC3	A6	Аналоговый контакт
J1-1	LPIO0	A7	Маломощный ввод-вывод

Гребёнка J2

Контакт	Название	Контакт MKR	Описание
J2-9	VIN	+5V	Входное напряжение питания
J2-8	-	VIN	Не подключён
J2-7	VDDIO	+3V3	Напряжение ввода-вывода гребёнки
J2-6	GND	GND	Общий провод (земля)
J2-5	LPIO3	RESET	Маломощный ввод-вывод
J2-4	LPIO2	D14/TX	Маломощный ввод-вывод / UART
J2-3	LPIO1	D13/RX	Маломощный ввод-вывод / UART
J2-2	SCL	D12/SDA	GPIO/I2C SDA, общий с ESLOV
J2-1	SDA	D11/SDA	GPIO/I2C SCL, общий с ESLOV

Гребёнка J3

Контакт	Название	Контакт MKR	Описание
J3-2	VBAT	-	Положительный вывод аккумулятора
J3-1	NTC	-	Дополнительный датчик NTC для защиты аккумулятора от перегрева

Маломощные линии ввода-вывода (Low Power I/Os)

Как указано в таблице выше, платы Nicla оснащены набором маломощных линий ввода-вывода. Эти линии транслируются через 8-битный двунаправленный преобразователь уровней напряжения с автоматическим определением направления (подробнее см. даташит TXB0108) и питаются от VDDIO_EXT. Данный преобразователь позволяет конвертировать логические уровни со входов, работающих при 3,3 В или ниже, до 1,8 В (то есть рабочего напряжения микроконтроллера). Однако он не имеет направляющих контактов, поскольку каждый вход и выход, подключённый к нему, может обнаруживать и преобразовывать сигналы в обоих направлениях независимо и автоматически. Следовательно, номинальное поведение этих контактов гарантировано только при подключении к логике CMOS. В следующем разделе описывается взаимодействие с маломощными контактами в режиме входа или выхода.

Маломощные входные контакты

К маломощным контактам можно подключить любое входное устройство, работающее при напряжении не более 3,3 В. Встроенный преобразователь уровней напряжения автоматически определит, что к контакту подключено входное устройство, и обеспечит преобразование с 3,3 В до 1,8 В — рабочего напряжения микроконтроллера — для корректного сопряжения с платами Nicla.

Маломощные выходные контакты

К маломощным контактам можно напрямую подключить любое маломощное устройство при условии, что оно не потребляет ток. Преобразователь уровней напряжения автоматически определит, что к контакту подключено выходное устройство, и переключит порт соответствующим образом. Выходное напряжение является цифровым, и его значение зависит от того, как VDDIO_EXT запрограммирован программно: VDDIO_EXT может быть отключён или включён на 1,8 В либо 3,3 В. С другой стороны, если подключённое выходное устройство требует потребления тока (например, светодиоды, резистивные нагрузки, зуммеры и т. д.), пользователю следует подключить MOSFET или буфер для обеспечения необходимого тока. Ниже приведена принципиальная схема подключения светодиода к маломощному контакту через MOSFET.

Принципиальная схема подключения светодиода

Плавники (Fins)

На платах Nicla имеется набор плавников, расположенных между контактами гребёнок, предназначенных преимущественно для отладки и первоначального программирования. Эти контакты расположены таким образом, что к ним легко можно прикоснуться, вставив плату в двухрядную гребёнку с шагом 1,27 мм/50 мил, которая позволит надёжно контактировать с плавниками вместе с контактами гребёнки при условии, что гребёнка не была припаяна. Функции каждого плавника специфичны для конкретной платы, однако контакты SWD для встроенных процессоров настроены единообразно для всего семейства плат.

Распиновка

Плавники (Fins)

Контакт	Название	Описание
P-8	AUX3	Вспомогательный контакт 3
P-7	+1V8	Внутреннее питание 1,8 В
P-6	AUX2	Вспомогательный контакт 2
P-5	RESET	Контакт сброса основного MCU
P-4	SWCLK	Тактовый сигнал SW-отладчика основного MCU
P-3	SWDIO	Линия данных SW-отладчика основного MCU
P-2	AUX1	Вспомогательный контакт 1
P-1	AUX0	Вспомогательный контакт 0

Аккумулятор

Клеммы аккумулятора доступны как через 3-контактный разъём, так и через гребёнку. В обоих случаях поддерживается однобаночный литий-полимерный аккумулятор. Проверьте даташит платы для получения информации о доступных вариантах тока заряда и убедитесь, что никогда не заряжаете аккумулятор выше рекомендованного максимального предела. По возможности используйте разъём NTC для подключения резистора с отрицательным температурным коэффициентом для контроля температуры аккумулятора, чтобы зарядка прекращалась при достижении запрограммированного температурного предела.

Распиновка

Разъём аккумулятора J4

Контакт	Название	Описание
J4-3	GND	Отрицательная клемма аккумулятора
J4-2	NTC	Дополнительный датчик NTC для защиты от перегрева аккумулятора
J4-1	VBAT	Положительная клемма аккумулятора

ESLOV

ESLOV — это 5-контактный разъём, доступный на платах MKR и Portenta, который используется для подключения к Nicla через кабель. Через этот разъём плата может сопрягаться с платами MKR и Portenta напрямую или, с помощью адаптерных кабелей, с другими платами, предоставляющими аналогичные интерфейсы, такими как QWIIC, STEMMA/STEMMA QT и GROVE. Платы Nicla поставляются с готовой прошивкой, которая абстрагирует датчики и позволяет считывать измерения высокого уровня, обработанные основным процессором Nicla.

Распиновка

Разъём ESLOV J5

Контакт	Название	Описание
J5-5	GND	Земля
J5-4	SDA	GPIO/I2C SDA, общий с гребёнками
J5-3	SCL	GPIO/I2C SCL, общий с гребёнками
J5-2	INT	GPIO, привязанный к напряжению VDDIO
J5-1	VESLOV	Входное напряжение питания ESLOV

USB

USB-разъём представляет собой micro-USB, при этом Nicla может работать только в режиме периферии. Напряжение от этого разъёма может использоваться для питания платы. USB-порт может применяться для программирования и отладки платы, а также для предоставления пользовательских интерфейсов, специфичных для приложения.