丰富的低功耗无线互联方案促成广泛的IoT应用

丰富的低功耗无线互联方案促成广泛的IoT应用物联网(IoT)的迅猛发展是关键的行业大趋势之一，而无线互联是IoT的重要构建块。安森美半导体提供符合Sub-GHz、2.4GHz、Sigfox、Thread、Zigbee、蓝牙低功耗(BLE)等各种标准协议的高性能、超低功耗无线互联方案，并支持各种定制协议和专有协议的开发和应用，以满足不同的IoT互联需求。重点应用市场包括工业IoT、车联网(V2X)、移动医疗和便携式设备。IoT边缘节点方案概览IoT的一端是云，靠近数据中心，另一端是边缘节点，靠近传感器网络和各种执行器。针对边缘节点，安森美半导体具备全面的IoT产品阵容，涵盖感知、互联、电机驱动、LED照明驱动、处理/MCU、有线充电、无线充电及电源管理等构建块，提供多种封装技术，包括多芯片封装(如传统的并排(SidebySide)封装、更高集成度的堆叠式(Stackeddie)封装)、系统级封装(把天线和无源器件集成到单个封装，简称SiP)、微型封装、模块化封装等，并通过相关的测试和认证，帮助实现高集成度、高能效、具成本优势的创新IoT方案。图1：安森美半导体全面的IoT产品阵容在无线互联方面，安森美半导体提供符合Sub-GHz、2.4GHz、Sigfox、Thread、Zigbee、BLE等协议的无线互联方案，从标准产品、RF和MCU核心器件、模块、定制方案乃至开发硬件和软件的整体方案，帮助设计人员加快产品开发和上市时间。SubGHz/2.4GHz无线互联方案安森美半导体提供独立的可编程低功耗SubGHzRF收发器内核、超低功耗2.4GHzIEEE802.15.4RF收发器内核、系统单芯片(SoC)、CodeBlocks集成开发环境(IDE)以及Radiolab软件。设计人员可根据需求灵活搭配硬件内核、封装和添加软件，实现不同的方案。表3列出了现有的硬件组合。表1：硬件模块–RF收发器内核表2：硬件模块–MCU内核表3：现有的硬件组合，其中NCS36510是唯一的单片式SoC(即一个裸硅片)AX8052F143窄带SubGHzRFSoC把软件无线电AX5043和MCU内核8052如AX8052F100组合，针对SubGHz无线应用。其中AX5043频率范围27MHz至1050MHz，数据速率100bps至125Kbps，支持FSK、MSK、4-FSK、GFSK、GMSK、ASK、AFSK、FM、PSK的调制模式，功耗低，在433MHz/868MHz下的接收电流仅9.5mA，在16dBm、868MHz下的发射电流典型值仅45mA，接收灵敏度极佳，在100bps、868MHzFSK的灵敏度达-135dbm。8052MCU内核提供20MHz主频，8.25KBRAM，64KBFlash。AX8052F143的各项参数与AX5043基本一致。电源电压范围1.8V至3.6V，工作温度范围-40°C至+80°C，符合世界主要地区的无线电管理规范如EN300220V2.3.1、EN300422、FCCPart15.247、FCCPart15.249、FCCPart90等。AXM0F243窄带SubGHzRFSoC把AX5043和MCU内核ARMCortexM0+组合。ARMCortexM0+提供48MHz主频，8KBRAM，64KBFlash。完整的CodeBlocksIDE包括全集成的、支持安森美半导体所有RFSoC的相关开发套件，无缝集成专有RF协议的支持，通过按下RadioLab代码生成器按钮，生成无线部分的固件代码。针对8052，支持IAR和SDCC；针对M0+,支持IAR和ARMGCC。Radiolab是无线收发器寄存器配置器和固件生成器，设计人员可通过Radiolab选择PHY和MAC层选项配置如频率、调制、数据速率、带宽、地址或数据包过滤、可配置的header/footer、帧、支持同步和异步协议、唤醒无线电配置等等，生成的固件与CodeBlock无缝集成，还支持常见的无线电测试如误码率(BER)及简单的数据包错误率演示示例。Sigfox无线互联方案安森美半导体提供SoC如AX-SFxx/AX-SFxx-API支持所有Sigfox区域，和SiP支持RCZ1区域，所有参考设计都通过Sigfox认证，并提供AT指令控制的调制解调器的应用编程接口(API)，帮助客户加速产品上市时间，同时，带有软件开发工具包(SDK)的API可扩展更多应用。以SigfoxSiP模块AX-SIP-SFEU为例，它把一个Sigfox无线电IC、分立的RF匹配、所需的所有无源器件和固件集成在一个微型方案中。优势有：微型，仅占基于PCB模块方案空间的10%；功耗超低，待机电流、睡眠电流和深度睡眠模式电流分别仅为0.55mA、1.2mA和180nA；无需外部器件，具有所有相关的审批和Sigfox验证，显著降低设计风险，加快上市时间，并简化供应链。AX-SIP-SFEU通过通用异步收发器(UART)接口进行设备连接。AT命令用于发送帧和配置无线电参数；对于想要编写自己的软件以实现真正的单芯片方案的设计人员，可使用AX-SIP-SFEU-API。基于IEEE802.15.4的无线互联方案针对基于IEEE802.15.4物理层的应用，安森美半导体主要提供符合ZigBee3.0、Thread/6LoWPAN的产品，这些产品都包括必要的软件资源和协议栈。如NCS36510单片式SoC是经优化的超低功耗RFMCU，针对ZigBee、Thread、专有ARMCortex-M3MCU和2.4GHz802.15.4RF收发器，特别适合智能家居、智能楼宇等应用。NCS36510接收电流典型值仅3.6mA，在8dBm的发射电流仅14.3mA，灵敏度-99dBm，ARMCortex-M3MCU提供32MHz主频，48kBRAM，640KBFlash。ZigBee的协议栈已包含在IAR软件开发套件(SDK)中。该方案提供1V至1.6V的1V电压模式和2V至3.6V的3V电压模式。BLE无线互联方案针对BLE，安森美半导体蓝牙5认证的SoCRSL10为多领域IoT应用提供行业最低蓝牙功耗，如智能楼宇/城市、照明/家电、抄表、监控、火灾/烟雾探测器等工业应用，助听器、病人监测、血糖仪等移动医疗，车钥匙、传感器、T-BOX、车联网(V2X)等汽车应用场景，以及可穿戴等消费级无线设备。此外，RSL10还支持蓝牙Mesh网络。RSL10领先于嵌入式微处理器测试基准协会(EEMBC)ULPMark能效评测，取得该评测史首次超过1,000分的成绩，在睡眠模式下的最低功耗仅62.5nW，在0dBm、3V工作电压下的峰值发射电流和峰值接收电流分别仅4.6mA和3.0mA。RSL10具有1.1V至3.3V的宽电压范围，内置DC-DC、LDO等电源管理单元、AES128数据安全加密、384kBFlash(有256kB空间供用户程序使用)，使用ARM®Cortex®-M3处理器，支持标准的BLE协议栈和2.4GHz专有协议，天线接口无需外部巴伦，凭借蓝牙5可实现2兆位每秒(Mbps)的速度。同时，RSL10还集成32位双乘加器(Dual-MAC)DSP内核LPDSP32以满足加强的信号处理需求。图2：RSL10框图RSL10采用不同的封装可满足多种应用场景：如6x8mm的RSL10SiP含天线、滤波、电源管理、无源器件，并通过多国的体系认证，可实现最简单的导入设计；采用6x6mmQFN的RSL10适用于工业、消费和医疗应用；针对汽车应用，提供7x7mm可润湿侧翼QFN封装，符合AEC-Q100认证，具备-40至+105°C的工作温度范围；针对空间极为受限的应用，提供2.3x2.3mm的晶圆级芯片封装(WLCSP)。例如，RSL10的超低功耗特性极其适用于通过能量采集实现完全免电池的方案。能量采集方案指系统自身将机械能或光能等能量转换为电能，无需电线或电池供电，适用于难以维护的应用场景。图3：RSL10能量采集方案安森美半导体提供RSL10SDK、开发硬件，并视乎需要提供LPDSP32开发工具。RSL10SDK包括蓝牙协议栈、示例代码、库、文档、ArmCortex-M3处理器