物联网(IoT)的迅速发展是关键的产业大趋势之一,而无线互联是IoT的重要建构关键。安森美半导体提供符合Sub-GHz、2.4 GHz、Sigfox、Thread、Zigbee、蓝牙低功耗(Bluetooth Low Energy;BLE)等各种标準协议的高性能、超低功耗无线互联方案,并支援各种定制协定和专有协定的开发和应用,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)、行动医疗和可携式装置。

 IoT边缘节点方案概览

 IoT的一端是云端,靠近资料中心,另一端是边缘节点,靠近感测器网路和各种执行器。针对边缘节点,安森美半导体具备全面的IoT72体育直播阵容,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建构块,提供多种封装技术,包括多晶片封装(如传统的并排(Side by Side)封装、更高整合度的堆叠式(Stacked die)封装)、系统级封装(把天线和无源器件整合到单个封装,简称SiP)、微型封装、模组化封装等,并透过相关的测试和认证,帮助实现高整合度、高能效、具成本优势的创新IoT方案。

 在无线互联方面,安森美半导体提供符合Sub-GHz、2.4 GHz、Sigfox、Thread、Zigbee、BLE等协议的无线互联方案,从标準72体育直播、RF和MCU核心器件、模组、定制方案乃至开发硬体和软体的整体方案,协助设计人员加快72体育直播开发和上市时间。

 Sub GHz/2.4 GHz 无线互联方案

 安森美半导体提供独立的可程式设计低功耗Sub GHz RF收发器内核、超低功耗2.4 GHz IEEE 802.15.4 RF 收发器内核、系统单晶片(System on a Chip;SoC)、CodeBlocks整合式开发环境(Integrated Development Environment;IDE)以及Radiolab软体。设计人员可根据需求灵活搭配硬体内核、封装和添加软体,实现不同的方案。表3列出了现有的硬体组合。

 AX8052F143窄带Sub GHz RF SoC把软体无线电AX5043和MCU内核8052如AX8052F100组合,针对Sub GHz无线应用。其中AX5043频率範围27 MHz至1050 MHz,资料速率100 bps至125 Kbps,支援FSK、MSK、 4-FSK、 GFSK、GMSK、ASK、 AFSK、FM、PSK的调製模式,功耗低,在433 MHz/868 MHz下的接收电流仅9.5 mA,在16 dBm、868 MHz下的发射电流平均值仅45 mA,接收灵敏度极佳,在100 bps、868 MHz FSK的灵敏度达-135 dbm。8052 MCU内核提供20 MHz主频,8.25 KB RAM,64 KB Flash。AX8052F143的各项参数与AX5043基本一致。电源电压範围1.8 V至3.6 V,工作温度範围-40 °C至+80 °C,符合世界主要地区的无线电管理规範如EN 300 220 V2.3.1、EN 300 422、FCC Part 15.247、FCC Part 15.249、FCC Part 90等。

 AXM0F243窄带Sub GHz RF SoC把AX5043和MCU内核 ARM Cortex M0+ 组合。ARM Cortex M0+提供48 MHz主频,8 KB RAM,64 KB Flash。

 完整的CodeBlocks IDE包括全整合的、支援安森美半导体所有RF SoC的相关开发套件,无缝整合专有RF协定的支援,透过按下RadioLab代码生成器按钮,生成无线部分的韧体代码。针对8052, 支援 IAR 和 SDCC ;针对 M0+, 支援 IAR 和 ARM GCC。

 Radiolab是无线收发器、寄存器、配置器和韧体生成器,设计人员可透过Radiolab选择PHY 和 MAC 层选项配置如频率、调製、资料速率、频宽、位元址或封包过滤、可配置的header/footer、帧、支援同步和非同步协定、唤醒无线电配置等等,生成的韧体与CodeBlock无缝整合,还支援常见的无线电测试如位元错误率(bit error rate;BER)及简单的封包错误率展示範例。

 Sigfox无线互联方案

 安森美半导体提供SoC如AX-SFxx/AX-SFxx-API支援所有Sigfox区域,和SiP支援RCZ1区域,所有参考设计都通过Sigfox认证,并提供AT指令控制的数据机应用程式设计介面(Application Programming Interface;API),协助客户加速72体育直播上市时间,同时,带有软体开发套件 (Software Development Kit;SDK)的API可扩展更多应用。

以Sigfox SiP模组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韧体整合在一个微型方案中。优势有:微型,仅占基于PCB模组方案空间的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0.55 mA、1.2 ?A和180 nA;无需外部器件,具有所有相关的审批和Sigfox验证,显着降低设计风险,加快上市时间,并简化供应链。AX-SIP-SFEU透过通用非同步收发器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter;UART)介面进行设备连接。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体以实现真正单晶片方案的设计人员,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实体层的应用,安森美半导体主要提供符合ZigBee 3.0、Thread/6LoWPAN的72体育直播,这些72体育直播都包括必要的软体资源和协定。如NCS36510单片式SoC是经最佳化的超低功耗RF MCU,针对ZigBee、Thread、专有ARM Cortex-M3 MCU 和2.4 GHz 802.15.4 RF收发器,特别适合智慧家庭、智慧建筑等应用。NCS36510接收电流平均值仅3.6 mA,在8dBm的发射电流仅14.3 mA,灵敏度-99 dBm,ARM Cortex-M3 MCU提供32 MHz主频,48 kB RAM,640 KB Flash。ZigBee的协定已包含在IAR软体发展套件(SDK)中。该方案提供1 V至1.6 V的1 V电压模式和2 V至3.6 V的3 V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SoC RSL 10为多领域IoT应用提供产业最低蓝牙功耗,如智慧建筑/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、血糖仪等行动医疗,车钥匙、感测器、 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还支援蓝牙Mesh网路。RSL10领先于嵌入式微处理器基準评测协会(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62.5 nW,在0 dBm、3 V工作电压下的峰值发射电流和峰值接收电流分别仅4.6 mA和3.0 mA。

 RSL10具有1.1 V至3.3 V的宽电压範围,内置DC-DC、LDO等电源管理位元、AES128资料安全加密、384 kB Flash(有256 kB空间供使用者程式使用),使用ARM? Cortex?-M3处理器, 支援标準的BLE协定和2.4 GHz专有协定,天线介面无需外部巴伦,凭藉蓝牙5可实现2百万位元每秒(Mbps)的速度。同时,RSL10还整合32位双乘加器(Dual-MAC) DSP内核 LPDSP32以满足加强的讯号处理需求。

 RSL10採用不同的封装可满足多种应用场景:如6x8 mm 的RSL10 SiP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;採用6x6 mm QFN的RSL10适用于工业、消费和医疗应用;针对汽车应用,提供7x7 mm 可润湿侧翼QFN封装,符合AEC-Q100认证,具备-40至+105 °C的工作温度範围;针对空间极为受限的应用,提供2.3x 2.3 mm的晶圆级晶片封装 (Wafer Level Chip Scale Package;WLCSP)。

 例如,RSL10的超低功耗特性极其适用于透过能量採集实现完全免电池的方案。能量採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。

 安森美半导体提供RSL10 SDK、开发硬体,并视需要提供LPDSP32开发工具。RSL10 SDK包括蓝牙协议、範例代码、库、文件、Arm Cortex-M3 处理器开发(GNU 工具链)、Eclipse 和 Keil 整合式开发环境、CMSIS 套装软体。开发硬体包括开发板 和USB Dongle。

总结
安森美半导体丰富的无线互联方案阵容涵盖市场各种标準协议,具有低功耗、灵活的72体育直播组合和多种封装形式等优势,结合针对IoT边缘节点的感知、驱动、计算、电源管理等全面的72体育直播阵容,促成工业物联网、智慧家庭/建筑、行动医疗、车联网等广泛的IoT应用。
(苏松涛报导)
图1:安森美半导体全面的IoT72体育直播阵容
图2:RSL10框图
图3:RSL10能量採集方案

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