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      • IoT知识库-了解Thread与OpenThread标准规格与应用

        EasonHuang | 10/302/2020 | 08:08 AM

         

        Thread标准旨在通过IP技术来促成物联网设备之间的沟通与协作。在智能家居生态系统中,我们已经看到了以Thread和Wi-Fi为主的IP连接家庭项目-Connected Home over IP(CHIP),该项目是由谷歌、苹果、亚马逊、Comcast和许多其他领先技术公司支持开发的智能家居统一平台,主要目标是提高智能家居产品之间的兼容性,使物联网开发者能够提供更多创新的解决方案。

         

        在智能建筑领域,我们也可以看到IP-Blis行业联盟将Thread作为其核心协议之一加以推广,并致力于提高人们对IP网络的认识,以及展示IP网络能够给智能建筑空间带来的价值。那么,为什么Thread得到了所有的关注,OpenThread又是什么呢?

         

        Thread是一种基于IP的、安全的、低功耗的网状网络协议。Thread将IP安全可靠地用于低功耗设备。低功耗和基于IP意味着Thread使您的智能家居设备能够使用硬币电池驱动并运行,并且可以与您的银行交易使用(和信任)相同的安全协议进行操作。Thread解决了智能家居和构建生态系统的一个独特问题——将互联网引入低功耗设备。

         

        从生态系统聚合的角度来看,Thread的显著好处是它可以支持各种应用程序层。这是因为Thread支持基于IP的各种网络。对于Thread来说,所有应用层事务都只是IP通信,这允许很大的灵活性和流动性。开发人员可以从今天开始使用Thread,然后在需要时更改应用程序层,而不必升级或更改整个软件堆栈。

         

        Thread的实现即是OpenThread,这是开源的协议,这意味着当您使用Thread时,您可以获得开发人员社区的所有力量,通过协作来完善软件堆栈。这让你有足够的时间专注于创新而不是基础的RF设计。这还意味着您可以积极地为代码库做出贡献。

         

        基于它的特性和可靠的实现,对线程的需求一直在增长,并且可能会继续增长。线程有潜力成为连接物联网的IP层。

         

        快速启用您的Thread设计

        您可以通过Silicon Labs提供的EFR32 Wireless Gecko SoC和模块系列产品即刻开发应用Thread协议的智能家居和智能建筑解决方案。EFR32MG21A/B是我们最新推出的高集成度无线SoC,并已获得Thread预认证。EFR32MG21B还支持先进的Secure Vault物联网安全技术,可以提拱达到芯片级别的安全防护机制,以保护用户数据免受黑客攻击。

         

        开发无线网络是很困难的,这也是为什么我们在Simplicity Studio 5.0物联网开发环境中提供了一整套便于开发的工具。通过Simplicity Studio 5.0开始开发OpenThread应用,请观看我们在Works With 2020会议上的演示:https://workswith.silabs.com/agenda/session/321393

         

        CHIP项目要到2021年才会正式发布,但是为了让开发者们有能力进行早期的设计探索,我们已经在EFR32部分系列产品上提供了使用OpenThread开发芯片的演示和用例。

         

        虽然目前已有许多Thread用例,但它们仍处于市场采用过程的早期。Thread是一种经得起未来考验的技术,CHIP项目和IP-Blis联盟正在努力推广,以帮助设计人员基于一个可以面向未来需求的技术来开发他们的产品,从而满足呈现指数增长的物联网市场需求。

      • 【应用案例】Milo运用Flex Gecko打造户外活动免提通信设备

        EasonHuang | 10/302/2020 | 08:07 AM

        在一次家庭滑雪旅行中,Milo公司的创始人和首席执行官Peter Celinski意外地发现自己正沿着一条专业竞赛的滑雪道行进,这时他突然意识到,需要一种免提方式来与比他更有经验的同伴交流。这个灵感激发了Peter想要为户外运动爱好者提供他们从未有过的东西——免提团体交流。Milo户外旅行通信设备便由此诞生,Peter作为其创始人和首席执行官,将Milo 形容为一个“动作交流者”。这是第一款专为户外冒险运动而设计的完全集成的通信设备。同时,它也是同类产品中第一款集成音频和网络连接的设备,这意味着无需Wi-Fi或蜂窝网络连接。

         

        该公司花了很多时间评估来自不同厂商的一系列射频产品选项,重点注重在其性能、低功耗和灵活性——所有这些特性都是创建良好用户体验所必需的元素。最终,Milo采用了Silicon Labs (亦称“芯科科技” ) 的Flex Gecko专有无线SoC,因为它能够满足这三个需求。

         

        Milo免提通信设备的设计概念

        想在冲浪,滑雪,赛车时和伙伴们互相交流,将手脱离手把按下对讲机按钮会是很危险的一件事。为了解决这个痛点,Milo提供了一种方法,可以让你和团队里的其他人直接交谈,而不用按下任何按钮进行对话。该网络功能还允许Milo设备创建自己的网状网络,从而使多达16个人可以在长达600米的范围内相互通信,并具有低延迟,高质量的语音体验。Milo设备可以进一步扩展该范围,从而使传输可以从在两个设备中无缝连接。

         

        Peter花了三年时间来发展他的想法,他为支持Milo而在Kickstarter上发起的活动也大大超出了人们的预期。实际上,Milo已经接获了将近10,000个设备的订单,并希望在年底滑雪季节到来之前开始发货。

         

        Peter要实现自己的愿景需要克服两个关键挑战:高质量音频和可靠的无线连接。在下山坡的山地自行车时,要想清楚地听到团队中的每个人,就需要特别注意声学设计,包括麦克风的位置和抑制背景噪音的音频处理算法。他知道他必须弄清楚的第二个关键因素是专有的mesh网络协议,他把它称为“Milo net protocol”。该团队开发定制协议的明确目标是在动态条件下实现可靠的语音分布。

         

        通过Silicon Labs 提供的Flex Gecko专有无线SoC可以为Milo的产品设计提供稳定的专有无线连接,以及业界领先的能源效率,从而确保设备的可靠度並延长电池运行寿命。了解更多有关Flex Gecko产品信息,欢迎访问:https://www.silabs.com/support/getting-started/proprietary-wireless/flex-gecko

         

        更多关于Milo Kickstarter项目,请访问以下链接:https://www.kickstarter.com/projects/okmilo/milo-the-action-communicator/pledge/new?clicked_reward=false

      • Silicon Labs扩展隔离栅极驱动器产品系列

        EasonHuang | 10/302/2020 | 03:51 AM

        Silicon Labs扩展隔离栅极驱动器产品系列

        -新型隔离栅极驱动器将延迟减半,同时显著提高瞬态抗扰性-

         

        致力于建立更智能、更互联世界的领先芯片、软件和解决方案供应商Silicon Labs(亦称“芯科科技”,NASDAQ:SLAB),日前推出新型Si823Hx/825xx隔离栅极驱动器。新产品结合了更快更安全的开关、低延迟和高噪声抑制等能力,可更靠近功率晶体管放置,实现紧凑的印制电路板(PCB)设计。这些栅极驱动器所取得的新进展可以帮助电源转换器设计人员满足甚至超越日益提高的能效标准及尺寸限制,同时支持使用碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)和快速Si FET等新兴技术。

         

        Silicon Labs副总裁兼电源产品总经理Brian Mirkin表示:“汽车、工业和可再生能源市场的电源转换器设计人员正在通过新兴的能效标准和新的技术选择来管理动态环境,同时满足对安全和电源的持续需求。我们的新型隔离栅极驱动器提供了电源工程师所需的满足并超过行业要求的高性能,包括扩展的输入电压范围、更低的延迟、更高的抗扰性和快速开关能力。”

         

        Silicon Labs的隔离栅极驱动器技术可用于多种电源应用,包括数据中心电源、太阳能微型逆变器、汽车市场的牵引式逆变器和工业电源。

         

        Si823Hx/825xx系列产品的差异化特性经过了专门配置,可满足在充满挑战的电源环境中工作的设计人员的需求。Silicon Labs系列产品提供了独特的升压器件,可提供更高的拉电流,实现更快的FET导通速度。对称的4A灌/拉电流能力意味着拉电流几乎是前代驱动器的两倍,这有助于减少开关损耗。新的隔离栅极驱动器将延迟减少了一半,最大传播延迟为30ns,从而减少了反馈环路延迟,可获得更高的系统效率。这些驱动器还改进了瞬态噪声抑制能力,进而确保可在固有噪声环境中可靠运行。输入电压范围(VDDIH)也得到了扩展,从4.5V至20V,支持与典型模拟控制器的电源轨直接接口。

         

        由于空间限制至关重要,因此Si823Hx/Si825xx具有多种封装选项。一款紧凑型驱动器现在采用了8引脚封装,而不是类似的16引脚封装,从而减小了系统尺寸并降低了成本。其他新升级的功能包括过热保护,当温度过高时,会触发驱动器自动关闭。附加的安全功能包括停滞时间、重叠保护和输入噪声毛刺消除,从而最大程度提高安全性。

         

        新型Silicon Labs Si823Hx/825xx隔离栅极驱动器计划于2020年第四季度以汽车级产品供货。Si823H9x-IS隔离栅极驱动器在达一千片采购量时单价为每片1.89美元。HS/LS Si825xx-IS3(20V VDDIH)驱动器在达一千片采购量时单价为每片2.92美元。欲了解更多信息,请点击这里

      • Silicon Labs強化隔離式閘極驅動器產品陣容

        EasonHuang | 10/302/2020 | 03:48 AM

        Silicon Labs強化隔離式閘極驅動器產品陣容

        -新型隔離式閘極驅動器將延遲減半,同時顯著提升瞬態抗擾性-

         

        Silicon Labs(亦名芯科科技NASDAQSLAB)宣布推出新型Si823Hx/825xx隔離式閘極驅動器,結合更快速、安全的開關、低延遲和高雜訊抗擾性,可更靠近功率電晶體放置,實現精小的PCB設計。這些取得新進展的閘極驅動器可協助電源轉換器設計人員達到、甚至超越不斷演進的效能標準及尺寸限制,同時採用SiC、GaN和快速Si FET等新興技術。

         

        Silicon Labs副總裁暨電源產品總經理Brian Mirkin表示:「汽車、工業和再生能源市場的電源轉換器設計人員運用新興效能標準和新技術選項管理動態環境,同時滿足對安全和電源的持續需求。新型隔離式閘極驅動器提供電源工程師所需的高效能以滿足並超越產業要求,包括寬廣的輸入電壓範圍、更低延遲、更高的抗擾性和快速的開關能力。」

         

        Silicon Labs之隔離式閘極驅動器技術適用於各種電源應用,包括資料中心電源、太陽能微型逆變器、汽車市場的牽引逆變器和工業電源。

         

        Si823Hx/825xx系列產品的差異化功能經特別配置以滿足高挑戰性電源環境之設計人員需求。Silicon Labs產品系列提供獨特的升壓元件,可提供更高的電流源,加速FET開啟。對稱的4A流入/流出(sink/source)電流能力代表電流源幾乎是前代驅動器的兩倍,有助於減少開關損耗。新型隔離式閘極驅動器將延遲減少一半,最大傳播延遲30ns,進一步減少了反饋迴路延遲,提升系統效率。驅動器並具備更佳的瞬態雜訊抗擾度,確保在固有雜訊環境中穩定運行。4.5V到20V的寬廣輸入電壓範圍(VDDIH)使其可與典型類比控制器的電源軌直接連接。

         

        基於關鍵的空間限制,Si823Hx/Si825xx具備多種封裝選項。目前精小型驅動器採用8接腳封裝,而非類似16接腳封裝以進一步減少系統尺寸和成本。其他新升級功能包括過熱保護,當溫度過高時將觸發驅動器自動關閉。其他安全功能包括停滯時間、重疊保護和雜訊輸入的突波消除,以達到最高的安全性。

         

        新型Silicon Labs Si823Hx/825xx隔離式閘極驅動器預計於2020年第四季度推出汽車級產品。Si823H9x-IS隔離式閘極驅動器以一千個採購數量時單價為1.89美元起。HS/LS Si825xx-IS3 (20V VDDIH)驅動器以一千個採購數量時單價為2.92美元起。了解更多資訊,請瀏覽網站

      • 【行家观点】BGM220蓝牙模块主打灵活与安全,夯实IoT无线网络基础

        EasonHuang | 10/300/2020 | 08:57 AM

         

        无线正成为物联网(IoT)的新热点。IoT无线解决方案需要先进的RF技术,快速的数据传输,低功耗、高精度、安全,同时还要易于开发。基于这些诉求,市场上有多种无线标准/协议的解决方案,其中,蓝牙是短距离无线通信中增长最快的协议之一。

         

        无线芯片有何特点?为何很多公司关注蓝牙市场?如何才能算好的蓝牙解决方案? Silicon Labs(芯科科技)中国区总经理周巍先生和亚太区物联网营销高级经理陈雄基先生近期在媒体说明会中对上述问题进行了解答,并介绍了其蓝牙5.2芯片和模块、Xpress项目等解决方案。

         

        无线芯片的特殊性

        首先,无线芯片与其他产品不同,需要芯片厂商和客户、生态链厂商一起打造生态链,是个渐进积累的过程。

         

        另外,作为芯片厂商,除了硬件,软件的稳定性和安全性很重要。例如,为了打造一体化的无线平台,Silicon Labs十几年来收购了很多公司,以提供不同标准/协议的解决方案,包括Wi-Fi、Zigbee,Thread、Sub-GHz、Z-Wave、蓝牙/蓝牙mesh及私有协议等。而且很重要的一点,在软硬件方面,Silicon Labs搭建了软、硬件互通共享的平台。

         

        例如蓝牙方面,2015年,Silicon Labs收购了芬兰Bluegiga公司,从而拥有了自己的蓝牙产品线。在此基础上,,Silicon Labs在2016年推出了第一款基于蓝牙的芯片BG13;之后发布了适合电源供电的BG21芯片;2020年1月,推出第二代蓝牙家族的成员BG22,工艺40 nm。相比第一代平台,第二代平台更重视分类市场,例如在低功耗方面,包括电流控制、电压控制;而且非常重视安全性,因为随着智能家居的发展,安全性也变得更重要,Silicon Labs推出了锁中锁技术,大大提高了从芯片到系统的整个安全性。

         

        由于Silicon Labs提供了广泛的无线平台,因而在无线市场,每年有20%~30%的高增长率。

         

        为何看好蓝牙?

        据蓝牙技术联盟预测,从2019—2024年的5年间,用于数据传输的蓝牙的年均增长率13%,年出货量从8亿将增长到15亿个。2017年,蓝牙技术联盟宣布蓝牙技术开始全面支持Mesh网状网络,蓝牙Mesh市场正式启动,预计从2019—2024年将达年均增长26%。随着2019年蓝牙定位服务(蓝牙5.1)的推出,也迎来了明显的成长,从2019年—2024年,预计年均增长率超过30%,出货量从1.32亿增长到5.38亿。

         

        由于Silicon Labs在不同无线标准上有丰富的经验,因此希望把这些经验带到高成长的蓝牙领域。

         

        何为完整的蓝牙方案?

        1)丰富的硬件
        即SoC芯片、模组等,满足不同开发者的需求。

        SoC

        模块

        Xpress选项

        最大灵活性

        完全的蓝牙协议栈访问

        较长的设计周期

        (含射频设计、认证、编程)

        占板面积和尺寸较大

        射频设计和认证不再复杂

        可专注于更快软件开发项目

        (具有完全协议栈访问权限)

        具有模块的硬件优势

        为不想使用协议栈开发的用户提供了预编程API驱动

        开发人员仅专注应用,但却需要无线选项

         

        2)协议栈
        例如Silicon Labs通过收购Bluegiga,获得了芯片和协议栈技术。因此蓝牙协议栈是Silicon Labs内部开发的,这也表明了该公司对于蓝牙的承诺:把内部的资源,包括人力资源投放在蓝牙软件部分。

         

        3)蓝牙APP
        首先,Silicon Labs不是APP的专业开发者,但是希望通过蓝牙手机APP,让用户有一个参考平台,即提供低层的通讯部分,让开发者作为起步点。

         

        4)开发工具

        包括功耗优化的工具、网络的更新工具等,这些工具对于开发无线产品非常重要,帮助用户把功耗做到极致。还有就是用在网状网络的工具,能让客户了解无线网络的实时情况,然后去做相关的开发。

         

        多样性的蓝牙方案

        Silicon Labs优化的低功耗蓝牙产品包括EFR32BG22 SoC、全新的BGM220P/S模块和Xpress项目,它们均支持蓝牙5.2、蓝牙测向和蓝牙Mesh,且全部获得了蓝牙认证。

        具体地,今年1月,Silicon Labs就出炉了EFR32BG22(简称BG22)SoC,特点是助力纽扣电池供电产品工作可达10年。今年9月,公司又发布基于BG22的SiP(系统封装)的BGM220S,以及BGM220P模组,还有Xpress项目。主要特性如下。

         

        1)高性能

        Silicon Labs提供了高性能且安全的低功耗蓝牙SoC和模块。SoC具有高度可定制的软件和RF设计选项,是要求物联网设备开发具有高度灵活性的物联网设备制造商的理想选择。SiP模块相当适合需要超小尺寸和预先认证的低功耗蓝牙设备制造商,几乎不需要RF设计或工程;而PCB模块具有SiP模块的许多优点,且成本较低。

         

        Silicon Labs的芯片和模块解决方案还支持多协议连接,适用于要求严苛的应用,包括网关、集线器和智能照明。Silicon Labs数十年来一直是无线网状网络的领导者,并且公司正在向其高性能的低功耗蓝牙系列产品导入被称为 Secure Vault 的先进安全功能套件。Secure Vault是当前可用于物联网设备的先进硬件和软件安全保护套件,可使设备制造商更好地保护其品牌、产品设计和消费者数据。

         

        2)高安全

        9月初,内置Secure Vault的Silicon Labs新型 EFR32MG21B 多协议无线SoC获得了 Arm PSA 2级认证 ,该认证基于全面的保证框架,可帮助实现IoT安全标准化,并消除安全障碍以利产品上市。EFR32MG21B是首款获得Arm PSA 2级认证的射频芯片。

         

        2020年8月, EFR32xG22 Wireless Gecko Series 2 开发套件获得了ioXt联盟颁发的ioXt SmartCert安全认证。作为致力于提高物联网安全性的联盟,ioXt联盟认证计划根据 8项ioXt承诺原则 来评估设备,只有达到或超过相应安全等级的设备才能获得ioXt SmartCert认证。

         

        3)优化功效和成本

        Silicon Labs还提供一系列优化的低功耗蓝牙解决方案,这些解决方案具有低成本、低功耗和高存储效率等特性以及强大的RF性能和安全功能,其中包括具有信任根(Root of Trust)和安全加载程序(Secure Loader)的安全启动(Secure Boot)功能。例如,9月发布的BGM220模块就是一个很好的例子,它超紧凑、低成本,可以支持单个纽扣电池实现5至10年的电池寿命,同时可以轻松地添加交钥匙的预认证,包括CE和FCC的法规认证以及蓝牙认证,从而实现快速上市。

         

        4NCP实现完整低功耗蓝牙方案,助力产品迅速上市

        Silicon Labs的NCP(网络协处理器)非常适合IoT制造商,因为其乎消除了工程和开发周期,使产品得以迅速上市(如下图)。Silicon Labs的NCP使设备制造商能够轻松地将交钥匙安全性和预认证蓝牙功能添加至其现有的微控制器(MCU),以具有包括 信任根 在内的嵌入式安全功能。

        Silicon Labs正在通过新的Bluetooth Xpress BGX220预认证PCB和SiP模块来扩展其NCP(网络协处理器)产品系列。BGX220 UART转低功耗蓝牙桥接模块计划于9月底之前推出,有望为将安全的低功耗蓝牙连接产品推向市场提供快速的途径。与BGM220一样,Bluetooth Xpress BGX220通过为客户提供经过认证的硬件平台来简化设计,该平台通过将协议栈转化为可与外部微控制器一起使用的简单API,来简化代码开发。

         

         

        Silicon Labs的蓝牙SoC、模块与Xpress模块的对应关系

         

        完善生态圈

        近几年,智能家居是物联网的一个爆发点。为此,Silicon Labs在今年9月首度主办了“Works With”全球盛会,聚焦智能家居开发者。但这并不是按照一家半导体公司主导会议的思路来办的,Silicon Labs还邀请了美国的产品、生态链的大鳄,例如亚马逊、Comcast、谷歌等做线上讲演,共同探讨如何设计和交付可与任何智能家居生态系统和无线协议配合使用且经过认证的物联网解决方案。

         

        Silicon Labs在Works With上展示全面的物联网硬件、软件及开发工具和平台,这些产品拥有领先的低功耗无线功能和最先进的安全性,并且可以轻松扩展到包括Amazon Alexa、Apple HomeKit、Google Home、Samsung SmartThings、Tuya Smart在内的任何智能家居生态系统,以及可横跨多个无线协议,例如蓝牙、Project Connected Home over IP(Project CHIP,IP互联家庭项目)、Thread、Wi-Fi、Zigbee、Z-Wave和专有协议(Proprietary)。

         

        值得一提的是,Silicon Labs十分看好Project CHIP,预计不远的将来,所有的通讯频率都可以互联互通,都用同一连接,这对整个生态链非常好,尤其中国客户想出海,是一个很好的发展点。

         

         

        看好中国市场

        中国市场占Silicon Labs的26%-27%业务,且中国市场将越来越重要。因为中国正在兴起新基建/5G;且正在进行智能家居、智慧城市等与智能化建设;尤其这两三年2B市场活跃,诸如房地产,以及在运营商、生态链大咖的主导下,物联网飞速发展。

         

        Silicon Labs将一如既往地加大在中国的投入,加快消费类电子等领域的业务。因为中国是手机大国,因此蓝牙在中国的前景亮丽。相信随着此次蓝牙模组、Xpress项目的推出,会助力国内蓝牙的应用普及。

         

        蓝牙设计与应用相关文章

         

        原文链接:http://www.eepw.com.cn/article/202009/418458.htm

      • 11月Power Hour演讲预告-探索隔离驱动器与24V数字输出的应用趋势

        EasonHuang | 10/300/2020 | 08:55 AM

         

        Silicon Labs(亦称“芯科科技”)举办的“Power Hour”电源隔离线上研讨会将在11月接连展开两场主题演讲,分别是11月5日的隔离驱动器的应用、特性和产品组合/IsoDriver 101 – Usage, Features, and Portfolio”,以及11月19日的从未知的威胁中保护24V数字输出/Protecting 24 V Digital Outputs from the Unknown”。敬请即刻访问活动网页预约报名,与我们的电源及隔离技术专家共同学习和互动交流!

         

        115日-隔离驱动器的应用、特性和产品组合

        在ac-dc变换器、dc-dc变换器和dc-ac变换器等功率转换系统中,隔离驱动器主要用于控制功率晶体管的通断开关。它们的应用范围很广,包括光伏微型逆变器、工业应用中的大功率电机控制、电动汽车充电、游戏电脑的电源等等。本次网络研讨会将带领您了解如何快速识别隔离驱动器应用中所需的关键规格和特性,以选择适合您的应用与产品的理想解决方案。

         

        1119日-未知的威胁中保护24V数字输出

        本次网络研讨会将探讨如何设计一个可靠的24V数字输出通道,并了解处理这些未知信息所需的各种保护解决方案,从而进一步掌握在未知时间和未知持续时间发生的通道上的未知故障。可行的解决方案是一个强大的保护机制阵列,确保该24V数字输出通道可以生存在任何条件和驱动任何负载。

         

        Power Hour详细议程规划

         

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      • 实用教程视频-Zigbee 3.0网关的软硬件设计攻略

        EasonHuang | 10/296/2020 | 06:25 AM

        Silicon Labs(亦称“芯科科技”)提供领先的Zigbee平台解决方案,并具备十年以上的网状网络技术支持经验,我们近期特别制作了一系列Zigbee开发培训内容并录制成随选即播视频,聚焦在EmberZnet SDK以及开发工具的应用指南,并实际演示基础的建网和加网、发送Zigbee控制命令、使用设备事件功能来实现智能场景与本地保存关键数据等开发流程。

         

        此外,Silicon Labs增加了基于RTOS的网关开发板进行网关开发的丰富,如Wi-Fi和Zigbee在网关中的共存设计、网关升级及设备OTA升级,以及通过CLI进行Zigbee网络控制及基于阿里IoT云进行Zigbee设备管理实例,将是您开展Zigbee设计之旅的最佳助力。

         

        即刻点及阅读原文或复制下方网址收看完整的Zigbee设计教学视频

        https://space.bilibili.com/641942011/channel/detail?cid=148597

         

        Zigbee设计与应用相关文章

      • IoT干货-选择正确的低功耗蓝牙SoC

        EasonHuang | 10/296/2020 | 06:23 AM

         

        在设计初始阶段,优化低功耗蓝牙(Bluetooth® Low Energy)芯片能耗的诀窍会影响存储器大小、时钟速度、工作模式及其他因素的抉择。有鉴于此,Silicon Labs(亦称“芯科科技”)无线物联网产品高级营销总监Emmanuel Sambuis特别制作一篇技术应用文章,说明如何为您的产品设计选用正确的低功耗蓝牙SoC。

         

        优化Bluetooth LE应用以实现最小能耗运行是一项挑战。了解Bluetooth LE协议和底层的系统级芯片(SoC)架构对于延长电池寿命至关重要。其中对Bluetooth LE工作模式(例如广播和睡眠)的见解尤其重要。通过向堆栈提供正确的输入以及利用Bluetooth LE SoC的硬件功能,我们可以采用多种不同的方法来最小化整个系统的功耗。

         

        在蓝牙通信中,Bluetooth LE已保护了大量的连接设备插座(socket)。而在无线设计中选择BLE的最关键原因之一在于它的普及性,这要归功于它在智能手机中的广泛部署以及能够延长电池使用寿命的能力。由于大多数物联网(IoT)终端节点都由电池供电,因此较长的电池寿命就显得极为珍贵。

         

        尽管是众所周知的事情,但还是要强调选择Bluetooth LE器件时首先要评估其文档。虽然最初的数据挖掘过程看起来微不足道,但是很快你就会发现半导体器件数据手册的比较过程将是一项相当复杂的任务。

         

        例如,考虑无线SoC的接收或发送模式中的工作电流。许多BLE SoC文档显示的电流消耗为几毫安。例如,Silicon Labs的EFR32BG22 SoC在0 dBm时的射频接收电流为2.6 mA,发射电流为3.5 mA。请注意,这些数字仅与SoC RF收发器有关。而在SoC级别,这些电流都会稍高一些,分别为3.6 mA和4.1 mA。一个常见的错误是仅依靠SoC电流消耗(current drain)的射频数字(radio numbers)来做判断。器件文档首页的数据通常要通过对数据手册进行全面分析才能得以验证。

         

        另一个例子是数据手册中显示的以微安/兆赫(μA/MHz)为单位的CPU功耗。在密集计算应用中,该数值会成为决定性的选择标准。当然,这一数值通常指的是CPU在最高频率时的最佳情况。换句话说,当SoC CPU的工作频率与制造商数据手册中指定的频率不同时,数据手册中显示的数值可能会被证明是非常不准确的。

         

        第三个例子是深度睡眠电流,这对于电池供电的终端产品至关重要。该数值通常在数百纳安至几微安之间。非常重要的是,须确保深度睡眠电流的数值与保留的RAM大小相关,并且包含实时时钟(RTC)电流消耗。RTC与精确的睡眠时钟源结合在一起是为了维持BLE正常工作所需的时序。对于EFR32BG22 SoC,其数据手册的首页提到了在EM2模式中深度睡眠电流为1.40 µA,保留的RAM为32 KB,同时RTC从LXCO(低频晶体振荡器)产生。更多信息可以参考该数据手册的电流消耗部分。

         

        因此,数据手册中的功耗数值缺乏标准化可能会造成错误的比较,最终可能导致选择错误的器件。

         

        了解应用需求

        评估低功耗蓝牙SoC时考虑应用需求很重要。大多数供应商都试图以负责任的态度来展示他们器件的数值,但是对于一个可能要支持多种不同应用的器件而言,所提供的数值显然不可能适合所有应用案例。在这种情况下,终端应用的知识就变得至关重要。

         

        选择低功耗蓝牙SoC时,工作电流和睡眠电流是关键指标。必须将这些电流数值置入与应用环境紧密匹配的模型中,以产生对平均功耗的合理评估。此类模型通常包括开/关占空比,我们知道低占空比更适合使用具有最低深度睡眠电流的SoC,而高占空比则更适合具有最低工作电流的SoC。

         

        另一个重要参数可能是终端产品的环境温度。低功耗蓝牙SoC在25℃时的漏电流与85℃或更高温度时的漏电流明显不同。高温下的漏电流是工业应用中的关键选择标准,例如子计量表(sub-metering),因为其需要在高温下确保电池寿命。

         

        图1:EFR32BG22低功耗蓝牙SoC的电流图

         

        在25℃时,低功耗蓝牙SoC的漏电流与85℃或更高温度时的漏电流有显著差异。从图中还可以明显看出,电流在很大程度上取决于SoC时钟频率。上图对应EM0工作模式,下图对应EM1睡眠模式。两张图均描述了内部直流-直流(DC- DC)转换器在3V供电时的芯片电流。

         

        应用的另一个重要元素在于所使用的电池技术类型(在电池供电的终端产品中)。电池要为集成在最新低功耗蓝牙SoC中的片上DC-DC转换器供电。使用DC-DC转换器将显著降低整个SoC的工作电流消耗。一些复杂的SoC可能会为射频和CPU集成独立的DC-DC转换器。这种做法提供了一种优化的解决方案,但趋势显然是只使用一个转换器,从而最小化SoC的成本。

         

        图2:EFR32BG22是集成了一个片上DC-DC转换器的低功耗蓝牙SoC的例子

         

        使用dc-dc转换器将显著降低整个SoC的工作电流消耗。一些复杂的SoC可能会为射频和CPU集成独立的dc-dc转换器。这种做法提供了一种优化的解决方案,但趋势显然是只使用一个转换器,从而最小化SoC的成本。

         

        最后,了解如何使用片内或片外存储器也很重要。低功耗蓝牙终端节点的一个常见需求是执行软件的无线(OTA)更新。根据传输的固件映像的大小,使用外接闪存可能成本更低。但事实证明,其增加的功耗和潜在的安全问题可能比使用片上闪存要高得多。对OTA更新进行详细分析将有助于确定最合适的内存物料清单。

         

        近年来,低功耗蓝牙SoC大幅降低了总工作电流消耗,同时保持了更低的深度睡眠电流。原因是硅技术从较大的尺寸(0.18 µm,90 nm和65 nm)迁移到了更优化的工艺节点(55 nm和40 nm)。采用40 nm节点,再加上集成片上dc-dc转换器,极大地降低了EFR32BG22 SoC的总体电流消耗。

         

        例如,当禁用片上dc-dc转换器而从片上闪存运行Coremark时,Arm Cortex-M33 CPU需要54 µA/MHz的功耗。当激活同一个dc-dc转换器时,相同的操作仅需要37 µA/MHz的功耗。

         

        在深度睡眠模式下,保留的RAM至关重要,因为它是大部分功耗预算的来源,而且当低功耗蓝牙SoC必须返回到工作模式时,保留的RAM可以加快启动速度。从设计角度看,低漏电流SRAM的使用能让芯片设计人员将深度睡眠电流保持在1µA范围内。选择低功耗蓝牙SoC的另一个关键考量因素是每个SRAM的大小可能有所不同。选择保留RAM大小的能力将有助于最小化深度睡眠模式的功耗。EFR32BG22 SoC在32 KB片上RAM中集成了可独立选择的SRAM。

         

        最后,时钟门控和电源门控技术的结合使低功耗蓝牙SoC可以根据其工作模式完全关闭设备的某些功能。这些功能的激活是自动的,应用开发人员基本上不需要去了解详细的信息。

         

        软件支持

        最小化低功耗蓝牙应用的功耗需要对射频操作进行高度优化的调度,并且在保持协议所需的精确时序的同时,最大限度地处于尽可能低的能耗模式下。为了精确控制发射功率,低功耗蓝牙堆栈集成了dc-dc转换器的配置。堆栈来自于软件开发套件(SDK),该套件与集成开发环境(IDE)完美整合在一起。IDE包括一个网络分析器,可直接从SoC射频获取数据;一个先进的能量监控器,可将功耗与代码位置相关联;以及一个可视的通用属性配置文件(Generic Attribute profile,GATT)配置器,可实现标准蓝牙SIG配置文件或自定义服务。

         

        这些工具支持低功耗蓝牙应用的开发与硬件设计完全整合,从而使开发人员可以专注于影响功耗的高级设计选择。此外,SDK还集成了安全的引导加载程序,支持通过OTA和串行接口进行固件更新。

         

        先进硬件和强大软件的结合支持应用开发人员在多个设备上执行自己的基准测试。这是推荐在选择低功耗蓝牙SoC之前所应采取的方法。虽然最初耗时较多,但这种方法已被证明是非常有价值的,有助于发现因硬件功能短缺或软件功能不佳所导致的潜藏挑战。

         

        开发一种标准化的基准测试策略还可以帮助开发人员对各个供应商的器件进行对比。嵌入式微处理器基准联盟(EEMBC)开发的IoTMark-BLE基准配置文件提供了一种有用的功耗评估工具。IoTMark-BLE基准配置文件构建了一个真实的IoT边缘节点模型,其由I2C传感器与涵盖睡眠、广告和连接模式操作的低功耗蓝牙射频所组成。

         

        尽管IoTMark-BLE基准测试可能并不适合所有应用案例,但它可以作为基础来支持为任何特定的应用探索适合的场景。

         

        简而言之,对供应商数据手册的并行比较可能会导致代价高昂的误解和错误陈述。当比较SoC中的板载和外部DC-DC转换器模块时,必须在系统层级上对低功耗蓝牙SoC进行分析。第三方基准测试通常可以帮助确定比较分析的真实情况。

      • 新款SiP低功耗藍牙模組滿足小型IoT產品與穿戴裝置設計需求

        EasonHuang | 10/296/2020 | 02:39 AM

        Silicon Labs(芯科科技)日前發布最新2款支持低功耗藍牙模組BGM220S和BGM220P。BGM220S為目前BG22系列尺寸最小的SiP模組,僅有6 x 6毫米,適合嵌入在小型藍牙產品或穿戴設備方面。另外一款BGM220P則是傳統PCB模組形式,最大發射功率為+8 dBm,能夠針對無線通訊效能進行最佳化管理,具備較佳的鏈路預算(link budget)覆蓋更大的訊號範圍。兩者皆支持藍牙5.2標準並提供測向功能,電池壽命能長達10年以上,另外也導入Secure Vault先進安全功能套件,提高IoT產品的安全性。

        芯科在2020年1月推出了支持藍牙5.2標準的低功耗藍牙模組系列BG22,最近陸續公布2項同系列產品BGM220S與BGM220P。BGM220S是擁有32kB記憶體和512kB快閃記憶體的系統級封裝(System in Package, SiP)模組,內部設置了高性能天線或RF天線,由於附有額外「保留(Keep Out)」區域,因此射程範圍能夠擴展。

        除此之外,BGM220S最大特色在於整體模組尺寸僅6 x 6毫米,是目前BG22系列最小尺寸的模組,適合裝置在小型IoT裝置,特別是穿戴設備上面。BGM220P則是傳統形式的印刷電路板(Printed Circuit Board, PCB)模組,它簡化了RF天線設計成高功能天線,最大發射率可高達8 dBm,多達25個GPIO(General-purpose Input/output)。

         

         

        BG22系列分別推出BGM220S和BGM220P

        BG22系列的發射與接受效能分別是+6 dBm TX與-99 dBm RX,以及無線訊號發射與接收消耗的電量是3.6mA和2.6mA,由於BG22系列模組擁有低耗能和低成本特性,透過單個鈕扣電池最高可達10年電池壽命。另外,BG22不僅支持藍牙5.2標準相關技術和Mesh外,也提供藍牙測向功能,能利用AoA(到達角)/AoD(出發角)執行室內定位標準,甚至導入Secure Vault先進安全功能套件,能夠保護IoT裝置遭駭。目前,BG22系列能夠應用在消費性、醫療和智慧家庭產品上,包括無線感測器、可攜式醫療和資產標籤等。

      • Clock Talk中文随选即播新单元上线-选择XO/VCXO时钟参考的设计考量

        EasonHuang | 10/295/2020 | 09:03 AM

        Silicon Labs(亦称“芯科科技”)近日推出“Clock Talk”时钟线上系列研讨会的第二场随选即播中文演讲主题56G/112G SerDes选择XO/VCXO时钟参考时的设计考量,提供了中文及英文演说版本供用户选择,欢迎您前往收听:https://www.silabs.com/support/training/design-considerations-when-selecting-xo-vcxo-clock-reference-for-56g-112g-serdes

         

        56G/112G SerDes选择XO/VCXO时钟参考时的设计考量

        电信、无线基础设施、光学模块、广播视频、医学成像和其他工业市场的下一代参考时钟要求大量采用 FPGA、ASIC 和 SoC,它们使用 56G 或 112G SerDes 来支持更高的数据速率和带宽功能。SerDes 带宽增加和相关参考时钟的 RMS 相位抖动要求之间存在直接的相关性。

         

        随着 SerDes 速度的增加,参考时钟所需的 RMS 相位抖动性能随之减少。在本次网络研讨会上,David 将概述最新一代 FPGA、光学 DSP、相干 DSP 和网络处理器的参考时钟要求。他将重点介绍 Si54x Ultra Series XO 和 VCXO 产品家族的关键功能,这些功能可确保参考时钟 RMS 相位抖动性能保持在最大限度内;从而为系统设计者在其系统抖动预算中增加了更多馀欲。

        我们也将按时开展其他主题的“Clock Talk”课程,敬请参考下方议程信息,并即刻报名您感兴趣的主题场次。

        Clock Talk详细议程及随选内容规划

        议程

        早上10:30
        (
        香港时间)

        随选即播 - 中文

        Silicon Labs的时钟工具做为构建时钟树的理想选择

        1028日,星期三

        N/A

        性能优化的时钟解决方案应用于高速FPGA和应用处理器设计

        1111日,星期三

        1117日,星期二

        介绍 PCIe Gen 4/5/6 规格并讲解抖动测量

        1118日,星期三

        N/A

        5G O-RAN系统的计时解决方案

        122日,星期三

        128日,星期二

        满足汽车应用的AEC-Q100时钟产品

        113日,星期三

        119日,星期二

        针对开放式计算系统的计时解决方案

        127日,星期三

        22日,星期二

         

        即刻点击下方链接至Clock Talk官网报名
        https://cn.silabs.com/about-us/events/timing-webinar-series