豐富的低功耗無線互聯(lián)方案促成廣泛的IoT應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 的迅猛發(fā)展是關(guān)鍵的行業(yè)大趨勢之一，而無線互聯(lián)是IoT的重要構(gòu)建塊。安森美半導(dǎo)體提供符合Sub-GHz、2.4 GHz、Sigfox、Thread、Zigbee、藍(lán)牙低功耗 (BLE) 等各種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的高性能、超低功耗無線互聯(lián)方案，并支持各種定制協(xié)議和專有協(xié)議的開發(fā)和應(yīng)用，以滿足不同的IoT互聯(lián)需求。重點(diǎn)應(yīng)用市場包括工業(yè)IoT、車聯(lián)網(wǎng)(V2X) 、移動(dòng)醫(yī)療和便攜式設(shè)備。

IoT邊緣節(jié)點(diǎn)方案概覽

IoT的一端是云，靠近數(shù)據(jù)中心，另一端是邊緣節(jié)點(diǎn)，靠近傳感器網(wǎng)絡(luò)和各種執(zhí)行器。針對邊緣節(jié)點(diǎn)，安森美半導(dǎo)體具備全面的IoT產(chǎn)品陣容，涵蓋感知、互聯(lián)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、LED照明驅(qū)動(dòng)、處理/MCU、有線充電、無線充電及電源管理等構(gòu)建塊，提供多種封裝技術(shù)，包括多芯片封裝 (如傳統(tǒng)的并排 (Side by Side) 封裝、更高集成度的堆疊式 (Stacked die) 封裝) 、系統(tǒng)級封裝(把天線和無源器件集成到單個(gè)封裝，簡稱SiP) 、微型封裝、模塊化封裝等，并通過相關(guān)的測試和認(rèn)證，幫助實(shí)現(xiàn)高集成度、高能效、具成本優(yōu)勢的創(chuàng)新IoT方案。

圖1：安森美半導(dǎo)體全面的IoT產(chǎn)品陣容

在無線互聯(lián)方面，安森美半導(dǎo)體提供符合Sub-GHz、2.4 GHz、Sigfox、Thread、Zigbee、BLE等協(xié)議的無線互聯(lián)方案，從標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品、RF和MCU核心器件、模塊、定制方案乃至開發(fā)硬件和軟件的整體方案，幫助設(shè)計(jì)人員加快產(chǎn)品開發(fā)和上市時(shí)間。

Sub GHz/2.4 GHz 無線互聯(lián)方案

安森美半導(dǎo)體提供獨(dú)立的可編程低功耗Sub GHz RF收發(fā)器內(nèi)核、超低功耗2.4 GHz IEEE 802.15.4 RF 收發(fā)器內(nèi)核、系統(tǒng)單芯片(SoC)、CodeBlocks集成開發(fā)環(huán)境(IDE)以及Radiolab軟件。設(shè)計(jì)人員可根據(jù)需求靈活搭配硬件內(nèi)核、封裝和添加軟件，實(shí)現(xiàn)不同的方案。表3列出了現(xiàn)有的硬件組合。

表1：硬件模塊 –RF收發(fā)器內(nèi)核

表2：硬件模塊–MCU內(nèi)核

表3：現(xiàn)有的硬件組合，其中NCS36510 是唯一的單片式 SoC(即一個(gè)裸硅片)

AX8052F143窄帶Sub GHz RF SoC把軟件無線電AX5043和MCU內(nèi)核8052如AX8052F100組合，針對Sub GHz無線應(yīng)用。其中AX5043頻率范圍27 MHz至1050 MHz，數(shù)據(jù)速率100 bps至125 Kbps，支持FSK、MSK、 4-FSK、 GFSK、GMSK、ASK、 AFSK、FM、PSK的調(diào)制模式，功耗低，在433 MHz/868 MHz下的接收電流僅9.5 mA，在16 dBm、868 MHz下的發(fā)射電流典型值僅45 mA，接收靈敏度極佳，在100 bps、868 MHz FSK的靈敏度達(dá)-135 dbm。8052 MCU內(nèi)核提供20 MHz主頻，8.25 KB RAM，64 KB Flash。AX8052F143的各項(xiàng)參數(shù)與AX5043基本一致。電源電壓范圍1.8 V至3.6 V，工作溫度范圍-40 °C至+80 °C，符合世界主要地區(qū)的無線電管理規(guī)范如EN 300 220 V2.3.1、EN 300 422、FCC Part 15.247、FCC Part 15.249、FCC Part 90等。

AXM0F243窄帶Sub GHz RF SoC把AX5043和MCU內(nèi)核 ARM Cortex M0+ 組合。ARM Cortex M0+提供48 MHz主頻，8 KB RAM，64 KB Flash。

完整的CodeBlocks IDE包括全集成的、支持安森美半導(dǎo)體所有RF SoC的相關(guān)開發(fā)套件，無縫集成專有RF協(xié)議的支持，通過按下RadioLab代碼生成器按鈕，生成無線部分的固件代碼。針對8052， 支持 IAR 和 SDCC ；針對 M0+, 支持 IAR 和 ARM GCC。

Radiolab是無線收發(fā)器寄存器配置器和固件生成器，設(shè)計(jì)人員可通過Radiolab選擇PHY 和 MAC 層選項(xiàng)配置如頻率、調(diào)制、數(shù)據(jù)速率、帶寬、地址或數(shù)據(jù)包過濾、可配置的header/footer、幀、支持同步和異步協(xié)議、喚醒無線電配置等等，生成的固件與CodeBlock無縫集成，還支持常見的無線電測試如誤碼率 (BER)及簡單的數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤率演示示例。

Sigfox無線互聯(lián)方案

安森美半導(dǎo)體提供SoC如AX-SFxx/AX-SFxx-API支持所有Sigfox區(qū)域，和SiP支持RCZ1區(qū)域，所有參考設(shè)計(jì)都通過Sigfox認(rèn)證，并提供AT指令控制的調(diào)制解調(diào)器的應(yīng)用編程接口(API)，幫助客戶加速產(chǎn)品上市時(shí)間，同時(shí)，帶有軟件開發(fā)工具包 (SDK)的API可擴(kuò)展更多應(yīng)用。

以Sigfox SiP模塊AX-SIP-SFEU為例，它把一個(gè)Sigfox無線電IC、分立的RF匹配、所需的所有無源器件和固件集成在一個(gè)微型方案中。優(yōu)勢有：微型，僅占基于PCB模塊方案空間的10%；功耗超低，待機(jī)電流、睡眠電流和深度睡眠模式電流分別僅為0.55 mA、1.2 mA和180 nA；無需外部器件，具有所有相關(guān)的審批和Sigfox驗(yàn)證，顯著降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，加快上市時(shí)間，并簡化供應(yīng)鏈。AX-SIP-SFEU通過通用異步收發(fā)器(UART)接口進(jìn)行設(shè)備連接。AT命令用于發(fā)送幀和配置無線電參數(shù)；對于想要編寫自己的軟件以實(shí)現(xiàn)真正的單芯片方案的設(shè)計(jì)人員，可使用AX-SIP-SFEU-API。

基于IEEE802.15.4的無線互聯(lián)方案

針對基于IEEE802.15.4物理層的應(yīng)用，安森美半導(dǎo)體主要提供符合ZigBee 3.0、Thread/6LoWPAN的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品都包括必要的軟件資源和協(xié)議棧。如NCS36510單片式SoC是經(jīng)優(yōu)化的超低功耗RF MCU，針對ZigBee、Thread、專有ARM Cortex-M3 MCU 和2.4 GHz 802.15.4 RF收發(fā)器，特別適合智能家居、智能樓宇等應(yīng)用。NCS36510接收電流典型值僅3.6 mA，在8dBm的發(fā)射電流僅14.3 mA，靈敏度-99 dBm，ARM Cortex-M3 MCU提供32 MHz主頻，48 kB RAM，640 KB Flash。ZigBee的協(xié)議棧已包含在IAR軟件開發(fā)套件(SDK)中。該方案提供1 V至1.6 V的1 V電壓模式和2 V至3.6 V的3 V電壓模式。

BLE無線互聯(lián)方案

針對BLE，安森美半導(dǎo)體藍(lán)牙5 認(rèn)證的SoC RSL 10為多領(lǐng)域IoT應(yīng)用提供行業(yè)最低藍(lán)牙功耗，如智能樓宇/城市、照明/ 家電、抄表、監(jiān)控、火災(zāi)/煙霧探測器等工業(yè)應(yīng)用，助聽器、病人監(jiān)測、血糖儀等移動(dòng)醫(yī)療，車鑰匙、傳感器、 T-BOX、車聯(lián)網(wǎng)(V2X)等汽車應(yīng)用場景，以及可穿戴等消費(fèi)級無線設(shè)備。此外，RSL10還支持藍(lán)牙Mesh網(wǎng)絡(luò)。RSL10領(lǐng)先于嵌入式微處理器測試基準(zhǔn)協(xié)會(huì)(EEMBC) ULPMark能效評測，取得該評測史首次超過1,000分的成績，在睡眠模式下的最低功耗僅62.5 nW，在0 dBm、3 V工作電壓下的峰值發(fā)射電流和峰值接收電流分別僅4.6 mA和3.0 mA。

RSL10具有1.1 V至3.3 V的寬電壓范圍，內(nèi)置DC-DC、LDO等電源管理單元、AES128數(shù)據(jù)安全加密、384 kB Flash (有256 kB空間供用戶程序使用) ，使用ARM? Cortex?-M3處理器， 支持標(biāo)準(zhǔn)的BLE協(xié)議棧和2.4 GHz專有協(xié)議，天線接口無需外部巴倫，憑借藍(lán)牙5可實(shí)現(xiàn)2兆位每秒 (Mbps)的速度。同時(shí)，RSL10還集成32位雙乘加器 (Dual-MAC) DSP內(nèi)核 LPDSP32以滿足加強(qiáng)的信號處理需求。

圖2：RSL10框圖

RSL10采用不同的封裝可滿足多種應(yīng)用場景：如6x8 mm 的RSL10 SiP含天線、濾波、電源管理、無源器件，并通過多國的體系認(rèn)證，可實(shí)現(xiàn)最簡單的導(dǎo)入設(shè)計(jì)；采用6x6 mm QFN的RSL10適用于工業(yè)、消費(fèi)和醫(yī)療應(yīng)用；針對汽車應(yīng)用，提供7x7 mm 可潤濕側(cè)翼QFN封裝，符合AEC-Q100認(rèn)證，具備-40至+105 °C的工作溫度范圍；針對空間極為受限的應(yīng)用，提供2.3x 2.3 mm的晶圓級芯片封裝 (WLCSP)。

例如，RSL10的超低功耗特性極其適用于通過能量采集實(shí)現(xiàn)完全免電池的方案。能量采集方案指系統(tǒng)自身將機(jī)械能或光能等能量轉(zhuǎn)換為電能，無需電線或電池供電，適用于難以維護(hù)的應(yīng)用場景。

圖3：RSL10能量采集方案

安森美半導(dǎo)體提供RSL10 SDK、開發(fā)硬件，并視乎需要提供LPDSP32開發(fā)工具。RSL10 SDK包括藍(lán)牙協(xié)議棧、示例代碼、庫、文檔、Arm Cortex-M3 處理器開發(fā)(GNU 工具鏈)、Eclipse 和 Keil 集成開發(fā)環(huán)境、CMSIS 軟件包。開發(fā)硬件包括開發(fā)板 和USB Dongle。

總結(jié)

安森美半導(dǎo)體豐富的無線互聯(lián)方案陣容涵蓋市場各種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，具有低功耗、靈活的產(chǎn)品組合和多種封裝形式等優(yōu)勢，結(jié)合針對IoT邊緣節(jié)點(diǎn)的感知、驅(qū)動(dòng)、計(jì)算、電源管理等全面的產(chǎn)品陣容，促成工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智能家居/樓宇、移動(dòng)醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)等廣泛的IoT應(yīng)用。