世強(qiáng)SUB-G+ Zigbee“雙輪”驅(qū)動智能節(jié)點(diǎn)接入物聯(lián)網(wǎng)

 關(guān)鍵字：物聯(lián)網(wǎng)、ZigBee、Sub-G、智能電表、無線抄表、智能家居、智能能源監(jiān)控?fù)?、世?qiáng)、Silicon Labs中國代理

作為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中最重要的無線連接技術(shù)——“藍(lán)牙、WiFi、ZigBee、Sub-G”各顯神通。而一直在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域持續(xù)不斷發(fā)力的世強(qiáng)則將目光聚焦在Zigbee和SUB-G兩項技術(shù)上，這源于世強(qiáng)代理的Silicon Labs完整、強(qiáng)大、可靠且最容易使用的無線方案。

Silicon Labs擁有最全面的SUB-GHz無線互連產(chǎn)品，包括EZRadio、EZRadioPRO、Wireless MCU三大系列，其核心優(yōu)勢包括：發(fā)射功率高達(dá)20dbm、接受靈敏度高達(dá)-126dbm、睡眠電流低至50nA，非常適合無線抄表、電子標(biāo)簽、無線煙感、RKE……等應(yīng)用。而Silicon Labs Ember ZigBee產(chǎn)品內(nèi)部集成cortex-M3 MCU、睡眠電流低至0.4uA、具有業(yè)內(nèi)最優(yōu)秀的協(xié)議棧、自由組網(wǎng)等特點(diǎn)，這使其成為智能家居，智能能源監(jiān)控，LED控制(ZLL)……等的不二之選。

最全面的SUB-GHz無線互連方案搶占巨大商機(jī)

在無線應(yīng)用領(lǐng)域，1GHz以下(Sub-GHz)頻段的無線市場擁有巨大且日益增長的商業(yè)機(jī)會。以汽車、消費(fèi)電子市場為例：僅汽車的無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)，每年就有1.5億套產(chǎn)品市場;而消費(fèi)類電子產(chǎn)品的市場容量每年都有上億套。此外，家庭自動化和自動抄表應(yīng)用也有很高的市場需求。

Silicon Labs擁有最全面的SUB-GHz無線互連產(chǎn)品以滿足這些日益增長的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求，并且這些產(chǎn)品還擁有豐富的產(chǎn)品型號供用戶選擇，如下圖1所示。

EZRadioPRO 包括了EZRadio 射頻發(fā)射器、接收器和收發(fā)器的所有吸引人的特性(例如高集成度、低成本、靈活性、低 BOM 且易于設(shè)計)，同時以更復(fù)雜的 ISM 頻段應(yīng)用為目標(biāo)，并提供了若干增強(qiáng)參數(shù)和功能，包括從 119 至 1050 MHz 的頻率覆蓋范圍和高達(dá) +20 dBm 的輸出功率。還包括喚醒定時器、低電量探測器，發(fā)射和接收數(shù)據(jù) FIFO、加電復(fù)位電路和通用數(shù)字 I/O 等內(nèi)置功能。

Wireless MCU則集成了8位低功耗MCU，再加上EZRadioPRO高端的無線性能，是一個SOC的無線MCU產(chǎn)品，不僅具備最優(yōu)秀的無線特性，同時還擁有自己獨(dú)特的8051 MCU特性。

1. EZRadio——設(shè)計簡單，更低BOM成本的應(yīng)用

EZRadio系列設(shè)計簡單，適合更低BOM成本的應(yīng)用。Si4010射頻發(fā)射器是業(yè)界首個單芯片遙控IC，僅需一個外部旁路電容、一塊印制電路板、電池和一個帶按鍵的外殼便能構(gòu)成完整的無線遙控器。Si4010采用專利的無晶體振蕩器架構(gòu)，其載波頻率精確度在商業(yè)溫度范圍內(nèi)可達(dá)±150 ppm，在工業(yè)溫度范圍內(nèi)則可達(dá)±250 ppm，它的精確度比傳統(tǒng)的表面聲波(SAW)發(fā)射器高出兩倍，且無需使用外部晶體振蕩器。

如上圖2所示，Si4010 發(fā)射解決方案，相比競爭對手解決方案，其外部只需接一個電容器。

2. EZRadioPRO——性能和成本優(yōu)于同類競爭產(chǎn)品的超高性價比

EZRadioPRO系列的各方面性能都相對于EZRadio做了的提升，具有超高的性價比。如下圖3所示，相比競爭產(chǎn)品，發(fā)射功率可以達(dá)到20dBm(而競爭器件一般只能達(dá)到13 dBm)。相比競爭對手的-115 dBm的靈敏度，EZRadioPRO達(dá)到-126 dBm。 全頻段的范圍可以達(dá)到115—1050MHz，并且可以通過全頻測試，而競爭產(chǎn)品一般是固定的頻點(diǎn)。

EZRadioPRO具有更低的系統(tǒng)成本，競爭產(chǎn)品需外加 PA/LNA才能達(dá)到和EZRadioPRO同樣的性能，所以從整體成本上做了很大的節(jié)約。此外，更低的工作電流(18mA at +10dBm，~85mA at +20dBm)、50nA的sleep 電流、減少M(fèi)CU負(fù)擔(dān)也都是EZRadioPRO的優(yōu)勢。

特別值得一提的是Si4438，其為中國智能電表量身定做，是中國智能電表市場上最節(jié)能的sub-GHz無線解決方案，所提供的睡眠/待機(jī)電流(50nA，寄存器內(nèi)容保持)比同類收發(fā)器低40倍。

利用高效的片上功率放大器(PA)，Si4438 IC通過提供+20dBm輸出功率、-124dBm靈敏度、114dB鏈路預(yù)算和58dB臨近通道抑制等規(guī)格特性，可為智能電表延長傳輸距離并提供可靠的通信鏈路。同時，內(nèi)置的分集式天線和跳頻支持可進(jìn)一步擴(kuò)展傳輸距離、增強(qiáng)無線性能。由于分集式天線緊密集成到Si4438收發(fā)器，因此可以提高系統(tǒng)鏈路預(yù)算8~10dB，即使在惡劣的環(huán)境條件下也可以有效延長傳輸距離。

3. 最低功耗無線 MCU——集成240-960MHZ無線收發(fā)器

Si10xx 無線 MCU系列是業(yè)內(nèi)功耗最低的單芯片解決方案，結(jié)合了一個 MCU 解決方案和一個 Sub-GHz集成射頻收發(fā)器。這些產(chǎn)品專為滿足需要射頻雙向通信鏈路的低功耗嵌入式系統(tǒng)的具體要求而設(shè)計。其關(guān)鍵特性包括：

l 更長的電池壽命(業(yè)界最低的休眠功耗 100nA)

l 支持單電池供電

l 業(yè)界領(lǐng)先的 link budget (146 dB)

l 不需要外接PA發(fā)射功率達(dá)到 +20 dBm

l -126 dBm的接受靈敏度極大的提高了接受范圍

l 獨(dú)特的DC-DC升壓轉(zhuǎn)換能夠降低電池的工作消耗

l 5x6mm QFN-36小封裝非常適合空間受限的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

l 2uS 喚醒時間

l 支持天線分集

完整的無線開發(fā)工具和天線參考設(shè)計加快開發(fā)進(jìn)程

Silicon Labs提供各種演示和開發(fā)工具來加快無線開發(fā)。如下圖5所示為Silicon Labs關(guān)于無線方面所有的開發(fā)工具。Silicon Labs主要代理商世強(qiáng)技術(shù)中心專家楊波還特別強(qiáng)調(diào)世強(qiáng)可以提供這些開發(fā)工具并協(xié)調(diào)演示。

Silicon Labs 的無線開發(fā)套件 (WDS) 為無線應(yīng)用開發(fā)人員提供一套完整的工具集，開發(fā)人員通過它，需要很少或不需要特殊的射頻設(shè)計和測量經(jīng)驗(yàn)，就可快速輕松地創(chuàng)建和部署高效而文件的低成本無線應(yīng)用。

Silicon Labs 在 WDS 軟件中提供 EZRadio 和 EZRadioPRO 的 GHz 子產(chǎn)品的示例項目(示例代碼)。這些示例項目已經(jīng)過 Silicon Labs 優(yōu)化并已驗(yàn)證性能。可以利用標(biāo)準(zhǔn)或自定義參數(shù)來支持雙向和單向鏈接，支持?jǐn)?shù)據(jù)包和直接模式，測試 RF 性能。GUI 控制面板為啟動應(yīng)用程序代碼開發(fā)或在實(shí)驗(yàn)室評估 RF 性能而設(shè)置自有配置的過程提供完全靈活性。并且在此環(huán)境中配置 EZRadioPRO 的高級設(shè)置，如此，則無需人工設(shè)置配件中的寄存器就可以完整地配置設(shè)備。

“此外，世強(qiáng)還提供多種天線參考設(shè)計，尤其是PA天線，因?yàn)樗拿娣e很大，頻率又低，所以在低頻段設(shè)計方面難度非常大。世強(qiáng)專門針對不同頻段，例如彈簧天線，提供天線參考設(shè)計，還可以免費(fèi)提供參考圖，演示，客戶可以直接拿去參考。”楊波指出。

Ember ZigBee平臺——物聯(lián)網(wǎng)無線連接方案的寵兒

而當(dāng)家里需要幾十個不同的照明設(shè)備互連，這時ZigBee是更適合的無線技術(shù)。在物聯(lián)網(wǎng)的市場里有很多設(shè)備已經(jīng)開始大量使用ZigBee技術(shù)，包括照明、溫度調(diào)節(jié)以及電視遙控。當(dāng)大量的設(shè)備需要互連時，ZigBee技術(shù)的應(yīng)用會更多更重要。

Ember ZigBee平臺是對Silicon Labs EZRadio 、EZRadioPRO sub-GHz收發(fā)器以及Si10xx無線MCU等產(chǎn)品組合的有力補(bǔ)充，為需要擴(kuò)展無線范圍、提高帶寬和延長電池壽命的點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)以及星型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供高性能、低功耗解決方案。

Silicon Labs Ember ZigBee產(chǎn)品具有強(qiáng)大的硬件性能，包括：強(qiáng)大的 RF性能(IEEE 802.15.4 transceiver、發(fā)射功率可達(dá) +8dBm、-102dBm 靈敏度 @ 250kbps);業(yè)界領(lǐng)先 CPU(32-bit ARM Cortex-M3 、512/256kB flash、64/32kB RAM);豐富的外圍(14-bit ΣΔ ADC、串口: UART, SPI, I2C, USB);超低的待機(jī)電流(最低可達(dá)0. 4uA)。

EM35x和EM358x ZigBee芯片是業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的基于 ARM Cortex-M3 的 ZigBee SoC 系列，其可在一個緊湊的封裝內(nèi)提供無與倫比的性能、功耗和代碼密度。EM35x和EM358x 系列結(jié)合了一個 2.4 GHz IEEE 802.15.4 無線電收發(fā)器與一個 32 位微處理器、閃存和 RAM，具有受硬件支持的強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)級調(diào)試功能。這些設(shè)備結(jié)合了 ARM 工具的強(qiáng)大生態(tài)系統(tǒng)，使 OEM 可以簡化開發(fā)過程，并縮短上市時間。Ember ZigBee器件還可提供極佳的信息延遲和數(shù)據(jù)吞吐量，比其他ZigBee解決方案的電池壽命至少延長25%。

“軟件是ZigBee最大的亮點(diǎn)，作為ZigBee聯(lián)盟的領(lǐng)袖，他還具有業(yè)內(nèi)最優(yōu)秀的協(xié)議棧，可以支持成千上萬個節(jié)點(diǎn)并避免網(wǎng)路阻塞等狀況的發(fā)生。在代碼應(yīng)用方面都有完整的協(xié)議包，方便用戶按需調(diào)用。”楊波表示。

如下圖8所示的拉斯維加斯亞洲大酒店，具有1萬多個節(jié)點(diǎn)，通過Silabs zigBee的產(chǎn)品進(jìn)行控制，其具有業(yè)界最強(qiáng)大的ZigBee協(xié)議棧和應(yīng)用層，每一組網(wǎng)絡(luò)支持最多節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)1000多，而競爭方案只有100左右。世強(qiáng)還能夠提供參考的ZigBee協(xié)議庫和應(yīng)用參考代碼，縮短設(shè)計周期，更快的投入市場。

在開發(fā)工具方面，如下圖12所示的調(diào)試軟件。Ember Desktop 可以查看和控制每個單一節(jié)點(diǎn)。USB Debug Adapter 能夠快速的數(shù)據(jù)傳輸，方便通過desktop實(shí)時的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)包跟蹤接口可以方便跟蹤網(wǎng)絡(luò)的每個節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)動態(tài)情況。

本文小結(jié)

高性能、低成本、低功耗、可擴(kuò)展性是Silabs 無線產(chǎn)品的主要優(yōu)勢，而通過世強(qiáng)的強(qiáng)大技術(shù)支持團(tuán)隊，能夠?yàn)榭蛻籼峁┧枰募夹g(shù)支持，包括硬件和軟件方面，以幫助客戶成功。物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)——正在——繼續(xù)改變我們的生活方式、工作方式、周圍環(huán)境，你準(zhǔn)備好把握無線物聯(lián)這一市場孕育的巨大商機(jī)了么?