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      • ZigBee/Thread物联网连接照明及家居自动化参考设计亮丽登场!

        Siliconlabs | 03/91/2016 | 07:21 AM

        Silicon Labs为亚太区资深市场拓展经理陈雄基表示,Silicon Labs是物联网软硬件解决方案供应领导厂商,凭借在ZigBee/Thread无线连接协议开发方面迈出的领先脚步,Silicon Labs已发表一整套物联网连接照明及家居自动化参考设计,完全覆盖从传感器、MCU计算、电源管理、无线连接到云服务的一站式设计需求藉此帮助客户降低产品开发复杂度、成本与时间

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        ZigBee协议支持高安全、高可靠和自我修复功能的网状网络,同时其基于标准的网络和应用层规范,使设备具有互操作性,因此成为开发智能照明及家居自动化设备的理想无线解决方案。Silicon Labs可提供包括ZigBee HA 1.2连接照明控制套件、调光开关、智能插座,以及ZigBee Wi-Fi/以太网网关和Thread边界路由器等必要构件的解决方案。

         

        陈雄基进一步说明,通过一流的ZigBee/Thread网络方案,开发人员将能轻松实现需大量节点控制的智能家居及照明控制应用,还能兼顾对低设计成本和低功耗运作的考量。

         

        至于近期才问世的Thread无线标准更是万众瞩目,Thread目提供天然的IP支持,让每一个物联网设备都能拥有一个IPv6地址,并可以由家庭区域网(HAN)上的当地设备直接建立连接。

        陈雄基指出,Silicon Labs开发出一个Thread边界路由器,并通过手机或平板的网页浏览器连上由20个灯泡组成的Thread智能照明参考设计,就能进行实时的开/关和调光控制。相关演示视频请点击下方图片连结观看:

        Thread具备非常巨大的应用潜力,在ZigBee网关与Thread边界路由器的比较中,传统ZigBee网关须做翻译的动作,并且要经过较复杂的程序才能控制相关的终端节点,而Thread基于IPv6架构的IP信息封包传送,不需编码及翻译,使用上更加直觉及简化,可搭配ZigBee或其他无线协议设计,让整个物联网网路的功能性、安全性和易用性大幅升级。


         

        随着物联网发展得愈发火热,无线连接需求定将水涨船高,目前Silicon Labs已站上ZigBee/Thread芯片及模块供应的制高点,并在近期强化产品阵容,推出了Wireless GeckoTM无线SoC系列产品,提供从Bluetooth SmartZigBeeThread2.4GHz专有协议的全方为设计支持,将成为ODMOEM的最佳半导体合作伙伴。


         

        更多Silicon Labs物联网芯片、软件工具及参考设计信息,欢迎访问芯科中文官方网站相应网页:http://www.silabs.com/iot/Pages/iot-applications.aspx#connected?Utm_Source=Cmty&Utm_Medium=web%20page&Utm_Campaign=IoT

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      • ZigBee/Thread物联网连接照明及家居自动化参考设计亮丽登场!

        Siliconlabs | 03/91/2016 | 07:21 AM

        Silicon Labs为亚太区资深市场拓展经理陈雄基表示,Silicon Labs是物联网软硬件解决方案供应领导厂商,凭借在ZigBee/Thread无线连接协议开发方面迈出的领先脚步,Silicon Labs已发表一整套物联网连接照明及家居自动化参考设计,完全覆盖从传感器、MCU计算、电源管理、无线连接到云服务的一站式设计需求藉此帮助客户降低产品开发复杂度、成本与时间

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        ZigBee协议支持高安全、高可靠和自我修复功能的网状网络,同时其基于标准的网络和应用层规范,使设备具有互操作性,因此成为开发智能照明及家居自动化设备的理想无线解决方案。Silicon Labs可提供包括ZigBee HA 1.2连接照明控制套件、调光开关、智能插座,以及ZigBee Wi-Fi/以太网网关和Thread边界路由器等必要构件的解决方案。

         

        陈雄基进一步说明,通过一流的ZigBee/Thread网络方案,开发人员将能轻松实现需大量节点控制的智能家居及照明控制应用,还能兼顾对低设计成本和低功耗运作的考量。

         

        至于近期才问世的Thread无线标准更是万众瞩目,Thread目提供天然的IP支持,让每一个物联网设备都能拥有一个IPv6地址,并可以由家庭区域网(HAN)上的当地设备直接建立连接。

        陈雄基指出,Silicon Labs开发出一个Thread边界路由器,并通过手机或平板的网页浏览器连上由20个灯泡组成的Thread智能照明参考设计,就能进行实时的开/关和调光控制。相关演示视频请点击下方图片连结观看:

        Thread具备非常巨大的应用潜力,在ZigBee网关与Thread边界路由器的比较中,传统ZigBee网关须做翻译的动作,并且要经过较复杂的程序才能控制相关的终端节点,而Thread基于IPv6架构的IP信息封包传送,不需编码及翻译,使用上更加直觉及简化,可搭配ZigBee或其他无线协议设计,让整个物联网网路的功能性、安全性和易用性大幅升级。


         

        随着物联网发展得愈发火热,无线连接需求定将水涨船高,目前Silicon Labs已站上ZigBee/Thread芯片及模块供应的制高点,并在近期强化产品阵容,推出了Wireless GeckoTM无线SoC系列产品,提供从Bluetooth SmartZigBeeThread2.4GHz专有协议的全方为设计支持,将成为ODMOEM的最佳半导体合作伙伴。


         

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      • 中国物联网设计特辑:智能低功耗的温室监控系统!

        Siliconlabs | 03/88/2016 | 08:18 AM

        基于 EFM32TM的温室监控系统的设计与研究

        作者:冯琪陈光陈泽虎 (东华大学信息科学与技术学院)

         

        本文针对目前温室价格昂贵布线困难功耗高的特点设计了一个智能温室监控系统通过各个模块的软硬件设计以及自适应加权数据融合算法的设计实现温室内的各个因子的检测无线传输和实时监控 

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        1温室智能监控系统结构框图

         

        采用低功耗MCU单片机

        温室智能监控系统结构如图1所示MCU采用EFM32TG110,主要电路模块包括传感器电路、电源电路无线传感电路传感器电路将实时参数发送给MCUMCU对数据进行采集与预处理并通过无线模块发送给协调器经过数据融合最终将参数通过串口在电脑上实时显示出来并能根据需要进行一定的调控

        单片机选用的是EFM32TG110该芯片是32位的ARM处理器专业的低功耗芯片最高频率可达32MHz一共有5种功耗模式其深度睡眠模式的最低功耗电流只有20nA具有超快的唤醒能力电压3.3V

         

        基于ZigBee无线电路

        本设计中的各节点选用CC2530芯片作为ZigBee模块实现数据处理及ZigBee无线通信功能拓扑结构上本设计采用星型网络如图2所示,12 3. . . n 是无线传感器网络的传感器节点0 是星形网络的协调器节点能将收集到的数据最终通过串口发送给PC接收也能将PC的指令发送给各传感器节点最终通过串口发送给MCU 来做出决策 

         

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        2 星型网络,电源与灯控电路

         

        传感器初始化之后MCU就开始对数据进行采集并将数据放置在设置的缓冲区数组中ZigBee网络当有节点申请加入网络时准许加入并分配一个16位的网络短地址协调器不能处于休眠状态如果收到来自上位机的发送数据指令则将通过无线通信发送给终端节点当接收到来自终端节点的数据时将会将原来的数据通过串口发送到上位机以便上位机能够对各种数据包进行解析 

         

        传感器及协调器节点程序

        ZigBee 终端节点主要作用是传输MCU采集好的温湿度光照数据给ZigBee协调器并接收来自协调器的相关命令该节点上电后首先硬件初始化和协议栈初始化搜索可用信道并加入成功加入后进入省电模式普通情况下ZigBee 进入低功耗模式有数据时采用中断唤醒的工作机制当有数据传输请求时唤醒工作串口接收MCU采集的数据并通过无线模块发送ZigBee协调器发送完后重新回到低功耗模式 

         

        实验结果与分析

        为了验证该系统获得融合数据的可靠性依次对传感器各节点进行采样可以实时显示4个区域的值其中包括温度湿度及光照并可以触动按键从而控制继电器以控制灯光从而补光最终实现对上述环境因素的实时监测或控制 

         

        由以上结果分析可得智能监控系统不但能够实现对环境因子的实时监控同时由于能够有效地抑制误差提高了融合数据的精从而达到节能的目的 

         

        本文研究智能大棚的温度湿度及光照等参数的采集传输及监控的原理和方法并以芯科科技的低功耗EFM32TG110微控制器单片机,以及CC2530ZigBee模块为核心硬件设计了智能大棚监控系统的总体结构并通过数据采集处理及通信的软件设计以及数据融合算法的设计实现了大棚内的多点检测无线传输和实时智能监控具有良好的经济与实用价值 

         

        更多Silicon Labs与元器件技术信息,请访问芯科中文在线论坛:http://community.silabs.com/t5/ChineseForum/bd-p/SiliconLabsChineseForum

         

        本篇研究论文源内容位址:http://www.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?QueryID=2&CurRec=6&recid=&filename=JYXH201409026&dbname=CJFD2014&dbcode=CJFQ&pr=&urlid=&yx=&v=MDQwNDFYMUx1eFlTN0RoMVQzcVRyV00xRnJDVVJMeWZaT1JxRnkvbFVyekxMelRUWnJHNEg5WE1wbzlIWW9SOGU= 

      • 数字隔离器翻倍成長!汽车、工业和太阳能市场为主

        Siliconlabs | 03/84/2016 | 08:55 AM

        据市场调查机构的研究指出,隔离器市场在每年均稳健成长,预估2016年可望达到16亿美元的产值,其中尤以汽车、光伏太阳能和工业应用领域所带动的隔离元器件需求成长最为猛烈,将分别增长109%、62%52%。随著隔离器市场需求逐渐扩大,以及相关终端设备的设计演进,隔离器技术也开始吹响革命的号角,未来将逐渐从传统的光电耦合器转移至数字化CMOS化隔离器解决方案,以提供更完善的功能和利用价值。

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        图说:相较于传统光电耦合器,数字隔离器集成度更高、功能更强大,已经受到行业大量关注

         

        芯科科技(Silicon Labs)模拟、电源及传感器副总裁及总经理RossSabolcik表示,相较于光电耦合器,数字隔离器拥有许多优势,包括更低的噪声和电磁干扰(EMI)、更高的安全性和更长的使用寿命,加上其更容易集成外设元件,将可大幅缩减系统占位空间和物料清单成本。也因此,预估未来几年数字隔离器的市场增长速度将明显超越整体隔离市场,成长力可以达到三倍以上。

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        图说:Silicon Labs模拟、电源及传感器副总裁及总经理RossSabolcik认为,数字隔离器未来发展潜力相当令人期待

         

        Ross Sabolcik进一步指出,电动汽车、工控和光伏太阳能系统可望成为率先采纳数字隔离器的应用先驱。因为这些系统对体积、转换效能、成本和高可靠度的要求愈来愈严苛,导致传统光电耦合器的性能逐渐不敷应用需求,目前可以看到一些行业内的领先制造商都开始将目光投向数字隔离器,以符合产品设计的演进趋势。

         

        为了迎合市场需求,Silicon Labs已提供广泛的数字隔离产品阵容,包括新型Si827x ISOdriver系列产品,其提供了栅极驱动器市场中最高抗扰能力。领先的共模瞬变抗扰能力(CMTI)使得Si827x驱动器非常适用于具有快速开关和潜在噪声的电源系统。目标应用包括服务器、计算机和基站的电源、太阳能逆变器和微型逆变器、D类放大器、马达控制器、电动/混合动力汽车(EV/HEV)的充电器等。

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        新型的Si86xxxT系列多通道数字隔离器以专有的电容隔离技术为基础,可实现低传播延时和偏移、低辐射、高抗扰度、高可靠性以及较长寿命,其高电压隔离屏障经增强可安全耐受10kV的电涌。所有产品均可与 Silicon Labs Si86xx 产品以及目前市面上的其他数字隔离器产品引脚兼容此外,Si88xx为信号和电源隔离而集成的产品为设计人员提供了一个完整的解决方案。Si88xx 拥有多达四个高速数字隔离通道,这四个通道与一个修改的回程拓扑直流对直流转换器集成在一起。直流对直流转换器与外部变压器一起工作,转换器效率高达 83%

         

        Ross Sabolcik强调,Silicon Labs较早投入数字隔离器市场进行布局,且产品性能也较市面上同及产品更具优势,包括业内最低的噪声及最高的外设集成度,同时也已取得汽车行业必备的AEC-Q100安全认证,可帮助制造商快速转换至数字化的隔离设计。

         

        更多Silicon Labs数字隔离产品技术信息,请访问官方网站相应网页:http://cn.silabs.com/products/power/isolators/Pages/default.aspx?Utm_Source=Cmty&Utm_Medium=web%20page&Utm_Campaign=IA

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      • “超省电”设备中的电源管理

        Siliconlabs | 03/81/2016 | 06:29 AM

        “超省电”设备中的电源管理

        作者:Silicon Labs微控制器和无线产品区域市场营销总监Matt Saunders

         

        长期以来,在所有行业和市场中,我们一直都能够看到对于能够长期运行的高能效、电池供电型设备的需求。随着物联网(IoT)的兴起,嵌入式设计人员正在以很大的精力关注“超省电”设备的电源管理。当考虑到需要某种形式无线连接的电池供电型设备时,无论在简单的点对点无线网络配置还是更复杂的星型或网状网络中,这都尤为真实。有许多被认为非常适合采用超省电设备类型的应用,其中一个典型的例子是无线传感器节点,从功能上看,它是一个需要长期运行(在某些情况下长达几年)同时采用电池供电的相对简单的设备。

         

        要为这类应用构建成功的产品,开发人员必须考虑整个设计的诸多方面。这些设计考虑不仅包括微控制器(MCU)和它的能效等级,而且也包括系统中的其他元素,例如无线接口(不仅仅是物理实现,也包括使用的无线协议)、系统级电源管理(例如,集成到MCU中的低压差调节器或者专用电源管理IC)、传感器,以及需要收集和处理传感器数据的模拟功能。

         

        1显示了无线传感器节点的关键组成部分。让我们首先从MCU开始讨论,这是设计的核心。


         

        1:典型的无线传感器节点架构

         

        MCU为省电的首要关键

        对于电池供电的无线传感器节点来说,MCU必须具有超高的能效。RF协议和数据处理的需求(可能用于信号调节和数字信号处理)将可能决定32位或者8MCU的选择,尽管如此,无论MCU如何选择,许多低能耗需求依然是必要的。例如,把MCU从超低功耗模式唤醒到全速运行模式的时间长度(例如2μs)将对电池电量节省产生显著的差异。在这种情形下,MCU唤醒时间越短越好。在MCU进行功耗模式转换期间,它不能做任何有意义的事情。

         

        其他两个也对系统级能耗具有显著影响的参数是:低功耗模式下的能耗(应当<1µA)和活动模式期间的能耗(这依赖于使用的MCU内核以及MCU自身的处理技术节点,通常应当在150μA/MHz或以下)。也有其他因素影响能效,但是这三种因素(计算需求、低功耗模式时的能耗和活动模式时的能耗)是最基本的架构考虑因素,将极大影响应用中MCU的选择。

         

        系统设计人员也应仔细考虑所选择的MCU有多少能力不依赖于CPU内核本身。例如,通过传感器接口的自治处理能力能够显著的节省能耗。自治型传感器接口通过MCU为传感器提供激励信号(或者电源),能够读回和解释结果,直到获得“有用”数据以后才唤醒MCU,这对于最大化系统电池寿命大有帮助。例如,如图2所示,Silicon LabsEFM32 MCU架构结合了自治型低能耗传感器接口(又称为LESENSE)以及片上比较器,能够从外设传感器收集数据并且仅仅在有正确或者有用数据后才唤醒CPU,实现所有功能所需的超低功耗预算仅仅1.5μA

        232位的EFM32 MCU中的低能耗传感器接口(LESENSE)技术

         

        慎选无线连接组成

        虽然有其他的MCU节能措施可考虑用于超省电型应用,但是我们仍然有更多应用可覆盖我们的简单无线传感器节点应用示例。现在让我们转到无线连接组成部分,我们能够考虑几种显著不同的选项。无线拓扑(如图3所示)和协议选择(如图4所示)都将影响需要维持无线链路的功耗预算。在某些情形下,采用私有Sub-GHz协议的简单点对点连接可能看起来是合适的选择,因为它可能仅需要消耗最少的电池电量。然而,这个简单的无线配置限制了传感器发挥作用的部署位置和范围。

         

        构建在2.4GHz或者Sub-GHz技术上的星型配置增加了传感器部署的灵活性,这意味着能够在同一网络中部署更多的传感器,但是这也可能增加用于传输数据的协议的复杂性,因此增加RF传输量,并且导致消耗更多电池电量。

         

        ZigBee提供低功耗网状网路配置

        第三个值得考虑的选项是基于协议栈(例如ZigBee)的网状网络配置。虽然网状网络消耗最大的传感器节点电池电量,但是它也提供了包括节点到节点数据传输在内的节点部署的最大灵活性。依赖于无线协议栈(例如ZigBee),网状网络也能够提供具有自修复能力网络的最可靠部署选项(即,如果网络中的一个节点发生了故障,被发送的消息仍然能够发现另一条路径而到达目的地)。


        3:网络拓扑示例

         

        与网络配置选择密切相关的是必须传输的数据量,或者从节点到节点或者从节点到收集器。在传感器节点,在无线链路上传输的数据量应当相对小(尤其是如果一些数据能够在节点的MCU上处理,那么仅仅相关信息被发送,而不是所有收集的数据被传输)。因此,ZigBee提供了最佳的网状网络解决方案;Bluetooth Smart是基于标准的、功耗敏感型点对点配置的最佳选择;专利的Sub-GHz解决方案在星型或者点对点配置中为网络大小、带宽和数据负载提供了最大的灵活性。表1汇总IoT应用中领先的RF技术的多种关键特性和益处。


        1RF协议之间的主要不同点

         

        考虑采用长距离(long-range)技术和平台(例如LoRaSigfox)也是有帮助的,它们支持高节点数量网络连接,具有最大数十公里传输距离并且仍然支持低功耗系统。使用这些长距离无线技术,能够在极广的区域部署节能型传感器节点。

         

        对于无线连接来说,另一个考虑因素是用来保护传输数据的加密设计。如何处理加密对超省电型设备产生很大影响。例如,ZigBee加密内建在协议栈中,但是如果用于运行协议栈的MCU(或者处理器内核)没有适当的加密硬件,那么它将不得不采用软件方法花费更多周期来运行算法。例如,在一个具有AES硬件加速器的ARMCortex-M0+处理器上运行128位的AES加密逻辑花费54个周期,而在没有硬件加速器的ARM Cortex-M0+处理器上运行同样的加密逻辑将花费4000个周期,大约是具有硬件加密支持MCU80倍。当传感器节点在无线链路上接收或者发送数据时,这将对整体功耗产生显著的影响。

         

        IoT市场中,无线链路上的安全传输需求正在增加。随着更加复杂的加密需求出现在无线网络中,这种超省电型设备上电源管理的安全驱动的组成部分正在变得越来越重要,并且对于开发人员进行硬件选择带来显著的影响。

         

        智能化传感器设计更省电

        就可使用在我们节点示例中的传感器而言,许多传感器选择都是可行的,从光、环境,到运动传感器。传感器的选择最终是由你要测量什么而决定。在我们的例子中,我们将选择环境光强度测量。有几个选项用于测量环境光,以分立感测组件开始,它们可以被设计实现非常低的功耗,但是这种方法把信号的调节和处理负担放到了MCU上。其结果是MCU将需要在更长的时间周期内处于活动模式;更多外设将保持活动状态,例如模数转换器(ADC)等,从而整体系统功耗将会上升。可选的另一种选项是使用内建智能的环境光传感器,如图4所示。


        4:具有内建信号调节功能的环境光传感器

         

        把信号调节内建到传感器中提供了一些显著优势。被发送到MCU的数据将是可被应用快速且容易解释的相关数据,这意味着MCU能够尽可能长地保持休眠状态。有预调节过的数据发送到数字接口,例如SPI或者I2C,也意味着MCU能够比使用自身ADC更有效地收集数据。虽然这个示例中指定了环境光感测,但是许多其他传感器有类似的实现方式,包括内建的智能且能提供数据给主机MCU,这些能够即时的实现降低整体系统功耗的目标。

         

        超低功耗型设备应用中最后的设计考虑是简化系统本身供电。依赖于应用中使用的电池类型,如果需要比电池所提供更多的电压或电流,通常需要升压转换器或者升压开关调节器。例如,如果你正在使用1.5V单节纽扣电池,但是需要为MCU产生3.3V供电,那么当考虑整体设备电源管理时,你需要考虑支持这个功能。因此在这里的慎重选择可能再次对系统的整体功耗产生重要影响。大多数可用的升压转换器消耗大约5-7µA电流,但是如果设备大多数时间处于休眠模式,那么这将是一项沉重的负担。现在已经有具有1µA功耗甚至低至150nA的升压转换器(同时维持高升压效率)供选择。

         

        PMIC可降低整体系统功耗

        对于更复杂的系统,考虑采用电源管理集成电路(PMIC)更精确地控制整个系统是值得的。从单一电源,你能够产生多个电压以驱动嵌入式系统中的不同组成部分,调谐每一电压能够提供恰好的应用所需,而没有任何能源浪费。例如,你能够单独地为系统中的无线部分提供电源,这意味着无线部分能够在不使用时完全的关闭(如果协议支持这种能力)。或者,如果你有支持I/O和内核分别供电的MCU,你能够通过使用PMIC再次获得最佳MCU能耗,并且也能够为应用中使用的传感器提供单独的电源。

         

        高品质的PMIC也将为一般系统控制提供额外的功能,例如看门狗定时器和复位能力。PMIC不适合所有的应用,部分原因是由于额外的成本,但是在可承受额外成本的应用中,PMIC方式代表了超省电型应用中整体系统能耗管理的极佳途径。

         

        总之,在开发电池供电的超省电型应用中,有多种不同的系统设计方面涉及其中。不仅仅是半导体器件选择和软件整体设计,包括无线协议栈、加密和数据处理,都是重要的考虑因素。每一种设计元素都能够显著地影响系统的总体功耗预算,帮助你构建具有最大化电池有效使用寿命的超省电型设备,这正是良好的IoT系统设计的关键所在。

         

      • 打赢IoT硬仗,先问你选对无线技术了吗?

        Siliconlabs | 03/81/2016 | 06:19 AM

        物联网(IoT)市场竞争日益激烈,为了让产品尽早上市以抢占市场份额,芯片商和设备制造商个个加快研发脚步,一刻也不敢停歇,然而,随著物联网概念愈来愈成熟,且应用更加多元,相关的Sub-GHz、蓝牙、ZigBee、Thread、Wi-Fi,或是专有协议(Proprietary)等无线标准也持续推陈出新,让物联网的设计变得复杂也耗时。有鉴于此,开发人员必须从一开始就针对产品定位及功能需求选中最合适的无线协议,或是多协议的最佳组合,以取得致胜先机。

         

        面向物联网无线设计的快速变迁,芯科科技(Silicon Labs)特别在刚刚圆满落幕的慕尼黑上海电子展中,带来一场精彩的无线技术分析与设计趋势演讲--“选择正确的连接:了解物联网的无线协议选项”,协助行业人士在其物联网产品中实现完美的无线连接组合。

         

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        图说:研讨会现场座无虚席,人人都想一窥物联网无线技术的最新趋势

         

        Silicon Labs亚太区资深市场拓展经理陈雄基表示,物联网市场的主流无线技术可分为Sub-GHz专有协议、传统蓝牙、蓝牙SmartZigBee/ThreadWi-Fi等五大类。这五种技术在物联网设计中各擅胜场,因此开发人员必须依据其物联网应用所需支持的连线节点数量、网络拓扑、距离、传输速度和功耗要求,选出正确的无线协助组合,才能让产品发挥最佳的连接效益并降低整体系统成本。

        陈雄基进一步说明,许多物联网设备制造商都已发现IP定址技术的支持是非常重要的课题,因此正纷纷将目光投向基于网状拓扑、支持IP网络架构的ZigBee/Thread,从而将连线节点数量扩充至250个以上,并组成高可靠度、高安全性且可自我修复的无线网络,符合各种智能家居、智能仪表的设计需求。

        图说:Thread具有非常可观的应用潜力

         

        即便新兴的无线技术受到行业更多关注,但综观整个物联网生态系统,有一个不变的真理是:多种无线协议将同时并存,让使用者在不同的使用情境下自由切换使用。例如Sub-GHz专有协议可提供1公里以上的长距离传输、定制安全性高且有助降低装置开发成本,而蓝牙Smart则适合超低功耗的连结,是可穿戴设备的理想选择,至于Wi-Fi则为高速、大资料量无线传输应用的首选。目前Silicon Labs是市场上唯一能提供上述所有无线技术组合的芯片商,将是您闯荡物联网市场的最佳帮手。

        陈雄基指出,物联网环境必须支持各式各样的可连线设备,因此兼容多协议的设计将是未来趋势,而SiliconLabs身为物联网无线连接方案的领先供应商,近期已发布最新一代Wireless Gecko系列多协议无线单芯片(SoC),以一颗芯片就能满足蓝牙SmartZigBee/Thread和专有协议的设计需求,详细产品信息请访问芯科官方网页:http://cn.silabs.com/products/wireless/Pages/wireless-gecko-iot-connectivity-portfolio.aspx?Utm_Source=Cmty&Utm_Medium=web%20page&Utm_Campaign=IoT

         

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      • 蓝牙连线、MCU+演算法、传感器一次到位的HRM模块,你怎能不心动?

        Siliconlabs | 03/77/2016 | 06:30 AM

        心率监测(HRM)红透半边天,各路芯片商英雄也纷至沓来抢占市场一席之地,然而,真正能让开发人员动“心”的解决方案必须具备哪些条件呢?芯科科技(SiliconLabs)于316日的慕尼黑上海电子展--国际嵌入式系统创新论坛中就带来一场深入浅出的HRM市场及技术趋势演讲

         

        图说:HRM趋势演讲吸引满座学员

         

        HRM被视为下世代可穿戴设备的杀手级应用之一,通过光学式心率传感器撷取用户的心跳数据,不仅有助于进行健康状态追踪,还能结合运动管理应用程序,有效增进使用者的训练或减重成效。有鉴于此,许多芯片业者开始大举推出HRM解决方案,希望能在这个正在起飞市场上抢分一杯羹。

         

        HRM未来发展趋势大预测

         

        谈及HRM的应用现况和未来的技术走向,芯科科技模拟和感测器应用经理张亚晖表示,迎合可穿戴联网设备发展,HRM由静态演化至动态侦测已是必然的潮流,并将持续往更小尺寸、更低功耗、更高集成度的模块解决方案迈进。

        图说:HRM趋势演讲吸引满座学员

         

        HRM被视为下世代可穿戴设备的杀手级应用之一,通过光学式心率传感器撷取用户的心跳数据,不仅有助于进行健康状态追踪,还能结合运动管理应用程序,有效增进使用者的训练或减重成效。有鉴于此,许多芯片业者开始大举推出HRM解决方案,希望能在这个正在起飞市场上抢分一杯羹。

         

        HRM未来发展趋势大预测

         

        谈及HRM的应用现况和未来的技术走向,芯科科技模拟和感测器应用经理张亚晖表示,迎合可穿戴联网设备发展,HRM由静态演化至动态侦测已是必然的潮流,并将持续往更小尺寸、更低功耗、更高集成度的模块解决方案迈进。

        图说:芯科科技模拟和传感器应用经理张亚晖(中)为在场学员精辟分析HRM的设计要点

         

        高集成度HRM模块为大势所趋

         

        张亚晖进一步指出,通过高集成度的模块设计,将心率传感器、LED光学模组、微控制器(MCU+演算法都包在一起,会是HRM做到又准、又小、又省电的一条捷径,而芯科近期推出的Jade/Pearl Gecko MCUSi1144 HRM模块解决方案已经率先达成这个里程碑。

        芯科即将问世的新一代HRM模块,甚至将蓝牙无线连结也集成进去。这个集成度冠绝群雄的整体解决方案将内建高精准度的动态心率传感器、UV和温度传感器,以及LED灯模组,再搭配芯科集成Bluetooth Smart协议、Cortex-M4 MCU和心率演算法的Blue Gecko单芯片(SoC),让HRM的无线、处理和传感三大设计要素一次到位,将为设备制造商省下大量的研发时间和经费。

        以“节能设计”闻名于半导体行业的芯科,更已将HRM模块的连续运行功耗压低至500μA,省电表现大幅优于市面上同级产品。为了精益求精,芯科打算将下一代模块的运行功耗再缩减至五分之一,也就​是仅仅100μA,不断地擦亮其在低功耗设计领域的金字招牌。

         

        更完整的Silicon Labs HRM模块和参考设计信息,请访问官方网站相应网页:http://cn.silabs.com/products/sensors/infraredsensors/Pages/si1144.aspx?Utm_Source=Cmty&Utm_Medium=web%20page&Utm_Campaign=IoT

         

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      • 智能电视的神来一笔:在遥控器上添加语音功能

        Siliconlabs | 03/74/2016 | 08:14 AM

         

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        在物联网(Internetof ThingsIoT)时代,可连接设备变得越来越智能。我们拥有智能手机、智能家居、智能汽车、智能电器,甚至智能电视。但是,无法回避的现实问题是:既然电视如此智能,那为何遥控器却如此平庸无奇?

         

        大家都有使用遥控器遥控智能电视的经验,仅仅是想观看自己喜欢的节目也许就已经觉得很繁琐了。甚至设置互联网连接都更令人气馁。你可能还忘不了在浏览器中输入URL之难。有些电视允许用户使用键盘、甚至允许使用智能手机,但这些连接方法没有一种是简单方便的。

         

        遥控器历史及什么使得它们更加“智能”

        第一个无线电视遥控器可以追溯到20世纪50年代的超声波ZenithSpace Command20世纪80年代,这些基于RF的遥控器逐步被红外技术所取代,并且直到现在,我们使用的基于红外线的遥控器与之前相比也几乎没有什么改变。

         

        为了提高终端用户的体验,一些电视厂商正在遥控器上实现更先进的特性,例如双向RF通信、非视线限制和QWERTY键盘接口。然而,制造商还未能提高遥控器的特性以匹配电视性能。

         

        遥控器语音识别的优势

        在电视遥控器中添加语音识别能力,能够使终端用户获得更好的用户体验。没有语音识别时,大多数当前的遥控器在按键方面的表现无法令人满意,例如传输延迟问题,在拼写方面也是缺少进步,且用起来令人不便。

         

        带有语音功能的遥控器,互动变得更加快速,因为用户只需简单的激活遥控器并说出命令,该命令能够完全位于电视的菜单结构之外。

         

        例如,在观看节目时,用户可以按下遥控器上的激活按钮,并且说:录制《生活大爆炸》,就是如此简单。而在旧有模式中,用户要实现这个简单的任务需要经过费时又费力的过程。

         

        语音识别如何运行

        如何在手持设备上实现语音识别?它并不像我们想象的那样简单。执行语音识别所需要的处理能力和数据远超出了大多数遥控器、电视甚至智能手机的能力。事实上,当今智能手机上的语音识别是通过云计算完成的。

         

        还记得过去的语音标签吗?就是指录制语音命令并链接到一个任务(例如拨打联系人列表中的号码)时。从理论上讲,你可以说拨打Ken的电话,如果运气好,手机会拨打Ken的电话,不过,多数情况下,它会告诉你正在拨打Ben的电话

         

        近年来语音识别已取得很大进步,语音识别的领先者包括NuanceMicrosoftGoogleAmazon和其他许多公司。当我们使用SiriGoogleAlexa进行语音控制时,这些应用首先数字化我们的声音,然后发送到互联网上的某个处理中心,最后返回一个响应。1说明了这种交换的复杂性:


        1:从用户语音到云再到用户响应的全过程

         

        通过永远在线的特性,从Google网页或者AndroidOS手机上简单地说“OKGoogle”就能够触发搜索,在搜索中,你的语音命令被数字化、云处理,然后转换成用于搜索命令的文本。在电视市场中实现语音命令的关键因素是:智能电视已经连接到互联网,并且能够充分利用这一重要的基础设备。

         

        遥控器语音的需求

        既然智能电视已经有了互联网连接,大家可能会问“为什么还需要遥控器呢?难道不可以直接对电视说话来控制电视吗?它现在已经连接到互联网了啊!”。答案是“可以”,但是这种解决方案带来几个问题。

         

        首先,对于不通过遥控器而直接识别语音的电视来说,它需要持续的监听。当前一些电视能够这样做,事实上也是这样做的;然而,这个功能的意想不到的后果是来自于可能泄露隐私的负面压力。

         

        当电视为获得命令而不断的监听和解码用户会话时,它就必须不断的发送这些谈话到互联网。终端用户一般不会注意到这个问题,如果他们注意到了,他们很可能会关闭这个功能,禁用语音控制。

         

        其次,是有关设备能力的问题。设备是否能够从周围噪声中挑选出命令声音,或者从电视音频或者背景会话中区分出语音命令。

         

        通过使用遥控器去启动和流化语音命令,用户可以大大减少对这些问题的担忧,因为用户是主动和有意识地与电视机遥控器进行交互,并且用户手持遥控器,这样设计是为了近距离接收声音,而不是接收整个房间的声音。

         

        技术和成本

        既然好处多多,那为什么语音遥控器没有普及呢?答案涉及三个方面:基础设备、技术和成本。

         

        基础设备:即使家中的硬件支持语音识别,支持它的后台基础设施也必须到位。这意味着电视供应商必须开发语音识别引擎或者从第三方获得付费服务。好消息是,这种方法正变得更加主流,这是由于运营商正在试图差异化以及改善用户体验。

        技术:众所周知,在把语音识别正确地转换为文本命令的过程中有许多困难,但这些困难和挑战正在通过云计算而快速得到解决。其他问题是,哪种无线技术能够把语音数据从遥控器传输到电视或者可用的互联网连接上,并且不会降低电池的使用寿命。

        典型的语音识别系统需要具有16kSps采样率的16位分辨率的ADC,这产生256 kbps的数据传输率。这意味着除非无线技术拥有至少256 kbps的吞吐量,否则一些压缩是必需的。通过压缩满足吞吐量的要求,采用像ZigBee Remote Control这样的无线技术能够提供足够的数据传输率和卓越的电池使用寿命。

        成本:归根结底是成本:基础设施成本、电视成本和遥控器本身的成本。

        关于遥控器成本的更多信息

        添加语音功能到遥控器能够轻易地使标准RF遥控器的物料清单(BOM)成本翻倍。支持语音的遥控器必须支持RF,添加麦克风和编解码器,并且包括相关的支持电路。下面的框图对比了IRRFRF+语音的架构。每一个遥控器还是要保留IR连接能力,以便支持仍然使用IR的传统设备。

        2显示了使用极低成本MCUASIC实现IR控制的典型的IR遥控器设计。在一些情况下,该设计将添加额外的非易失性存储器用于包含支持不同设备(例如电视和DVD播放器)所需的IR数据库编码。试想“万能遥控器”)

         

        2IR遥控器系统的示例

         

        在图3中,IR示例中的微控制器(MCU)被RF片上系统(SoC)器件所代替,并且添加了天线。虽然RF SoC通常比IR MCU昂贵,但是增加的额外成本能够抵消,因为事实上不需要存储较大的IR数据库,因此可以省去非易失性存储器的成本。RF遥控器能够从电视或有线电视/卫星电视机顶盒,通过双向RF链路下载所需的IR控制编码。当设备被配置时这种编码可能还不被支持时,这种双向RF链路也支持用于更新设备的最新IR编码。

        3RF遥控器系统示例

         

        在图4中,通过嵌入硬件编解码器和麦克风,我们能够把语音能力添加到RF遥控器。这些器件显著增加了BOM成本。然而,随着当前无线SoC芯片处理能力的提高,我们可以找到硬件编解码器的替代方案。例如,许多ZigBeeSoC包含ARM Cortex-M处理器,有足够的处理能力来满足RF遥控器的需求,而且同时也能够作为音频编码/解码的软件编解码器。

        4:语音操作遥控器系统示例

         

        语音使能的遥控器示例

        让我们来看一个全功能的遥控器参考设计(如图5所示),它支持IRRF和语音能力。

        5ZigBee遥控器参考设计

         

        对于语音音频,我们需要支持256 kbps吞吐量。ZigBee具有256 kbps的数据传输速率,但是在点对点连接上实际吞吐量通常为100 kbps更少。这意味着我们在发送语音到云端之前需要4:1的压缩。

        参考设计示例支持软件编解码器,可以显著节省成本而没有缩减功能。软件编解码器基于直连数字脉冲密度调制(PDM)麦克风到这个SoCSPIGPIO引脚,如图6所示。

        6:连接PDM麦克风到Silicon LabsEM341ZigBeeSoC

         

        SoC中的Cortex-M3内核控制PDM以完成脉冲编码调制(PCM)滤波/抽取、均衡和压缩过程。7显示了从PDM输出到ZigBee发射的整个过程。

        7:从PDMZigBee包发送的过程概述

         

        通过使用软件编解码功能,不仅性能满足了语音到文本引擎的需求,而且极大地降低了成本。表1显示了预估的BOM节省成果。

        1:硬件/软件编解码器比较

         

        总结

        手持电视遥控器中的语音控制显著提升了用户体验。添加语音控制的过程是具有挑战性的,但近些年来随着语音识别技术的进步已经变得更加容易。此外,使用于遥控器中的嵌入式无线SoC增加的集成度和性能也能够支持诸如软件编解码器等创新功能,这减少了BOM成本和制造复杂度,并且不会降低性能。

      • 比较不同时钟缓冲器数据手册中附加抖动性能时的注意事项

        Siliconlabs | 03/62/2016 | 09:16 PM

         时钟扇出缓冲器常被用于需要分发时钟信号的多个副本的时钟应用之中。要为时钟应用选择合适的时钟扇出缓冲器,在比较不同产品数据手册规格之前,理解附加相位抖动规格是十分有帮助的。

         

        附加相位抖动依赖于输入时钟的信号转换率、输入相位噪声和输入频率

        时钟分发IC不能独立产生时钟信号,因此除非有输入信号,否则不能测量相位噪声。最常用于衡量时钟分发IC质量的术语是附加相位抖动(additivejitter),或者在指定频带范围内的附加相位噪声。采用标准方法测量附加相位抖动并不常见。这种方法需要设计工程师深入钻研时钟缓冲器数据手册中的详细信息。例如,输入时钟的信号转换率(slew rate)、输入频率和输入源相位噪声的差异能够为标定的时钟缓冲器性能带来很大的变化。

         

        计算相位抖动

        相位噪声是一种频域测量,可以计算出特定频偏带宽内的相位抖动。使用这种方法有多种理由:它是可重复且容易测量的,而且允许工程师去分析感兴趣的特定偏移频带。时域测量淘汰了事后在特定频带上分析的可能性,即每个感兴趣的频带都需要进行额外的测量,并且固有的会产生受限的结果。要捕获更低的频率性能,需要更长的测试时间;更低带宽示波器被看作为低通滤波器,这意味着具有高灵敏度的高带宽示波器是必要的。换句话说,示波器上的相位抖动提供了完整的图形,而相位噪声更清楚地描绘出影响因素。

         

        为了定性分析缓冲器对于相位抖动的影响,设计人员必须首先测量时钟源的相位抖动,然后是时钟源和缓冲器一起工作时的相位抖动。缓冲器的相位抖动通过公式3计算出来。在计算相位抖动时通常做的假设是时钟源和缓冲器噪声不相关,而且由纯粹的随机抖动组成。

         

         

        附加相位抖动对比输入时钟的信号转换率

        附加抖动性能依赖于输入时钟的信号转换率(slew rate)。较低的slew rate通常导致较高的附加抖动。设计人员必须确保使用与数据手册中标定相似的slew rate,才能在应用中获得预期的结果。举个例子,如果输入是限幅正弦波或者是用于某些温控晶体振荡器(TCXO)或恒温晶体振荡器(OCXO)的正弦波,那么实际的附加相位抖动将达不到数据手册中标定的性能。在这种情况下,唯一的选项是去测量时钟缓冲器性能,这时数据手册中的值就无关紧要了。

         

        当比较不同时钟缓冲器制造商的数据手册上的抖动数据时,比较在附加抖动测量中使用的slew rate也是有意义的。图1显示了不同slew rate对附加抖动的影响。更重要的是,它也显示出缓冲器在所有slew rate下并非都表现优异。

         

        两个不同时钟缓冲器的附加相位抖动对比输入时钟的信号转换率slewrate

         

        附加相位抖动对比输入相位噪声

        为了确保得到精确的测量结果,时钟源相位噪声必须远低于被测器件。通常OCXO被作为时钟源,但在较高频率时,这将变得比较困难,或者需要更高的成本代价,并且仍然在近端频偏上有限制。图2显示了被使用的低相位噪声时钟源的性能对比时钟源驱动Silicon Labs Si53302时钟缓冲器的性能。当Si53302时钟缓冲器采用156.250MHz输入,在12kHz-20MHz带宽范围内,使用等式3获得112fs的附加抖动。


        有效的附加相位抖动测量

         

        然而,当使用具有相近或者略微低的相位底噪的时钟源作为缓冲器的时钟源时,夸张的附加抖动数据显示出来。图3显示当采用具有近似性能的156.250MHz时钟源时,Si53302时钟缓冲器的性能。这个测量结果“34fs的附加抖动”是不正确的。

        无效的附加相位抖动测量

         

        当基于数据手册中数据进行附加抖动性能比较时,设计人员必须谨慎使用这些数据。如果提供的图表类似于图2中的那些,那么可以认为测量是准确的。这将使比照更加容易些。然而,如果类似图3中的附加相位噪声图表,那么最好不要依赖于附加相位抖动图表。例如,如果考虑中的两个时钟缓冲器有类似的相位底噪,那么相位噪声图表也能够比较。在这种情况下,附加相位抖动性能应当是相似的。而如果一个时钟缓冲器拥有更好的标定的附加相位抖动,那么优势可能来自于抖动测量的方法。

         

        4提供了附加抖动的一个有趣示例。时钟源具有334fs的相位抖动,时钟源加上Si53302时钟显示相对于353fs的计算值的抖动改善值284fs。在这个例子中,缓冲器被用于减少时钟源调幅(AM)噪声,它改善了相位噪声性能。

        通过时钟缓冲器减少AM噪声,相位噪声改善了

         

        附加相位抖动对比输入频率

        公式4显示了抖动、噪声L(f)和频率之间的关系。当频率fo降低时,相位抖动增加(假设噪声功率恒定)。如果相位噪声性能保持不变,那么频率每增加2倍,相位抖动性能也将提升2倍,这就是为什么大多数数据手册都引用高频性能数据的原因。设计人员必须小心确定操作频率下的附加抖动性能。此外,缓冲器的相位噪声性能L(f)能够相对于操作频率轻微改变。图5显示了时钟缓冲器相对于输入频率的附加抖动性能,使用了适当的低噪声时钟源。

         

        公式4Tjrms = 10L(f)/20 / √2πfo

        Tj = 抖动有效值

        L(f) = 噪声功率

        fo = 频率

         

        5  Si53302时钟缓冲器附加相位抖动对比输入频率

         

        结论及建议

        在电路中设计时钟缓冲器并且使用数据手册技术参数评估时钟分发IC性能时,设计人员必须特别小心。输入信号的变化率slewrate、输入频率和输入时钟源相位噪声的不同,能够导致很大的性能差异。

        ·      较高的时钟输入变化率slew rate导致较低的附加相位抖动。

        ·      较高的频率导致较低附加相位抖动。

        ·      较高的输入相位噪声导致较低的附加相位抖动。

         

        除了考虑在不同时钟缓冲器之间比较附加相位抖动之外,比较标定的相位噪声性能也可能作为选择依据。例如,具有更好附加相位抖动的器件也具有更好的相位噪声性能吗?如果没有,那么测量技术可能是欠佳的。理论计算不可能适合所有情况。为了确定现实应用中的性能和优化的解决方案,使用预期时钟源进行器件评估是必要的。