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Bluetooth ® 5.1, IEEE 802.15.4-2006, 2.4 GHz transceiver • -97 dBm sensitivity in 1 Mbps Bluetooth ® low energy mode • -104 dBm sensitivity in 125 kbps Bluetooth ® low energy mode (long range) • -20 to +4 dBm TX power, configurable in 4 dB steps • On-air compatible with nRF52, nRF51, nRF24L, and nRF24AP Series
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nRF52811
Product Specification
v1.0
4454_140 v1.0 / 2019-02-26
Feature list
Features:
• Bluetooth
®
5.1, IEEE 802.15.4-2006, 2.4 GHz transceiver
• -97 dBm sensitivity in 1 Mbps Bluetooth
®
low energy mode
• -104 dBm sensitivity in 125 kbps Bluetooth
®
low energy mode (long range)
• -20 to +4 dBm TX power, configurable in 4 dB steps
• On-air compatible with nRF52, nRF51, nRF24L, and nRF24AP Series
• Supported data rates:
• Bluetooth
®
5.1: 2 Mbps, 1 Mbps, 500 kbps, and 125 kbps
• IEEE 802.15.4-2006: 250 kbps
• Proprietary 2.4 GHz: 2 Mbps, 1 Mbps
• Angle-of-arrival (AoA) and angle-of-departure (AoD) direction finding using
Bluetooth
®
.
• Single-ended antenna output (on-chip balun)
• 4.6 mA peak current in TX (0 dBm)
• 4.6 mA peak current in RX
• RSSI (1 dB resolution)
• ARM
®
Cortex
®
-M4 32-bit processor, 64 MHz
• 144 EEMBC CoreMark
®
score running from flash memory
• 34.4 µA/MHz running CoreMark from flash memory
• 32.8 µA/MHz running CoreMark from RAM memory
• Serial wire debug (SWD)
• Flexible power management
• 1.7 V to 3.6 V supply voltage range
• Fully automatic LDO and DC/DC regulator system
• Fast wake-up using 64 MHz internal oscillator
• 0.3 µA at 3 V in System OFF mode, no RAM retention
• 0.5 µA at 3 V in System OFF mode with full 24 kB RAM retention
• 1.5 µA at 3 V in System ON mode, with full 24 kB RAM retention, wake on
RTC
• 1.4 µA at 3 V in System ON mode, no RAM retention, wake on RTC
• 192 kB flash and 24 kB RAM
• Nordic SoftDevice ready
• Support for concurrent multi-protocol
• 12-bit, 200 ksps ADC - 8 configurable channels with programmable
gain
• 64 level comparator
• Temperature sensor
• Up to 32 general purpose I/O pins
• 4-channel pulse width modulator (PWM) unit with EasyDMA
• Digital microphone interface (PDM)
• 3x 32-bit timer with counter mode
• 2x SPI master/slave with EasyDMA
• I2C compatible 2-wire master/slave
• UART (CTS/RTS) with EasyDMA
• Programmable peripheral interconnect (PPI)
• Quadrature decoder (QDEC)
• AES HW encryption with EasyDMA
• 2x real-time counter (RTC)
• Single crystal operation
• Package variants
• QFN48 package, 6 x 6 mm
• QFN32 package, 5 x 5 mm
• WLCSP package, 2.482 x 2.464 mm
Applications:
• Computer peripherals and I/O devices
• Mouse
• Keyboard
• Mobile HID
• CE remote controls
• Network processor
• Wearables
• Virtual reality headsets
• Health and medical
• Enterprise lighting
• Industrial
• Commercial
• Retail
• Beacons
• Connectivity device in multi-chip solutions
4454_140 v1.0
ii
Contents
Feature list. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii
1 Revision history. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2 About this document. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1 Document naming and status . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2 Peripheral naming and abbreviations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3 Register tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3.1 Fields and values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.4 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.4.1 DUMMY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3 Block diagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
4 Core components. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4.1 CPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4.1.1 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4.1.2 CPU and support module configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4.2 Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4.2.1 RAM - Random access memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4.2.2 Flash - Non-volatile memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4.2.3 Memory map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4.2.4 Instantiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4.3 NVMC — Non-volatile memory controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.3.1 Writing to flash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.3.2 Erasing a page in flash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.3.3 Writing to user information configuration registers (UICR) . . . . . . . . . . . . . 20
4.3.4 Erasing user information configuration registers (UICR) . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.3.5 Erase all . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.3.6 Partial erase of a page in flash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.3.7 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.3.8 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.4 FICR — Factory information configuration registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.4.1 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.5 UICR — User information configuration registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.5.1 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.6 EasyDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.6.1 EasyDMA error handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.6.2 EasyDMA array list . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.7 AHB multilayer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.8 Debug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.8.1 DAP - Debug access port . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.8.2 CTRL-AP - Control access port . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.8.3 Debug interface mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.8.4 Real-time debug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
5 Power and clock management. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.1 Power management unit (PMU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.2 Current consumption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4454_140 v1.0
iii
5.2.1 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
5.3 POWER — Power supply . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
5.3.1 Regulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
5.3.2 System OFF mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5.3.3 System ON mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.3.4 Power supply supervisor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.3.5 RAM power control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
5.3.6 Reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
5.3.7 Retained registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5.3.8 Reset behavior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5.3.9 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
5.3.10 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.4 CLOCK — Clock control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5.4.1 HFCLK clock controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
5.4.2 LFCLK clock controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.4.3 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
5.4.4 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
6 Peripherals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
6.1 Peripheral interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
6.1.1 Peripheral ID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
6.1.2 Peripherals with shared ID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
6.1.3 Peripheral registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
6.1.4 Bit set and clear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
6.1.5 Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
6.1.6 Events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
6.1.7 Shortcuts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6.1.8 Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6.2 AAR — Accelerated address resolver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
6.2.1 EasyDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
6.2.2 Resolving a resolvable address . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
6.2.3 Use case example for chaining RADIO packet reception with address resolution using AAR . 78
6.2.4 IRK data structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
6.2.5 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
6.2.6 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
6.3 BPROT — Block protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
6.3.1 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
6.4 CCM — AES CCM mode encryption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
6.4.1 Key-steam generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
6.4.2 Encryption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
6.4.3 Decryption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
6.4.4 AES CCM and RADIO concurrent operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
6.4.5 Encrypting packets on-the-fly in radio transmit mode . . . . . . . . . . . . . . . 87
6.4.6 Decrypting packets on-the-fly in radio receive mode . . . . . . . . . . . . . . . . 88
6.4.7 CCM data structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
6.4.8 EasyDMA and ERROR event . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
6.4.9 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
6.4.10 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
6.5 COMP — Comparator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
6.5.1 Differential mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
6.5.2 Single-ended mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
6.5.3 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
6.5.4 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
6.6 ECB — AES electronic codebook mode encryption . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
4454_140 v1.0
iv
6.6.1 Shared resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
6.6.2 EasyDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
6.6.3 ECB data structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
6.6.4 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
6.6.5 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
6.7 EGU — Event generator unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
6.7.1 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
6.7.2 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
6.8 GPIO — General purpose input/output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
6.8.1 Pin configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
6.8.2 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
6.8.3 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
6.9 GPIOTE — GPIO tasks and events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
6.9.1 Pin events and tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
6.9.2 Port event . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
6.9.3 Tasks and events pin configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
6.9.4 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
6.9.5 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
6.10 PDM — Pulse density modulation interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
6.10.1 Master clock generator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
6.10.2 Module operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
6.10.3 Decimation filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
6.10.4 EasyDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
6.10.5 Hardware example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
6.10.6 Pin configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
6.10.7 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
6.10.8 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
6.11 PPI — Programmable peripheral interconnect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
6.11.1 Pre-programmed channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
6.11.2 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
6.12 PWM — Pulse width modulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
6.12.1 Wave counter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
6.12.2 Decoder with EasyDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
6.12.3 Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
6.12.4 Pin configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
6.12.5 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
6.13 QDEC — Quadrature decoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
6.13.1 Sampling and decoding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
6.13.2 LED output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
6.13.3 Debounce filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
6.13.4 Accumulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
6.13.5 Output/input pins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
6.13.6 Pin configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
6.13.7 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
6.13.8 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
6.14 RADIO — 2.4 GHz radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
6.14.1 Packet configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
6.14.2 Address configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
6.14.3 Data whitening . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
6.14.4 CRC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
6.14.5 Radio states . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
6.14.6 Transmit sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
6.14.7 Receive sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
6.14.8 Received signal strength indicator (RSSI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
4454_140 v1.0
v
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