SUB-G+ Zigbee“双轮”驱动智能节点接入物联网

作为物联网应用中最重要的无线连接技术——“蓝牙、WiFi、ZigBee、Sub-G”各显神通。而一直在物联网领域持续不断发力的世强则将目光聚焦在Zigbee和SUB-G两项技术上，这源于世强代理的Silicon Labs完整、强大、可靠且最容易使用的无线方案。 Silicon Labs拥有最全面的SUB-GHz无线互连产品，包括EZRadio、EZRadioPRO、Wireless MCU三大系列，其核心优势包括：发射功率高达20dbm、接受灵敏度高达-126dbm、睡眠电流低至50nA，非常适合无线抄表、电子标签、无线烟感、RKE……等应用。而Silicon Labs Ember ZigBee产品内部集成cortex-M3 MCU、睡眠电流低至0.4uA、具有业内最优秀的协议栈、自由组网等特点，这使其成为智能家居，智能能源监控，LED控制（ZLL）……等的不二之选。 最全面的SUB-GHz无线互连方案抢占巨大商机 在无线应用领域，1GHz以下（Sub-GHz）频段的无线市场拥有巨大且日益增长的商业机会。以汽车、消费电子市场为例：仅汽车的无钥匙进入系统，每年就有1.5亿套产品市场；而消费类电子产品的市场容量每年都有上亿套。此外，家庭自动化和自动抄表应用也有很高的市场需求。 Silicon Labs拥有最全面的SUB-GHz无线互连产品以满足这些日益增长的物联网应用需求，并且这些产品还拥有丰富的产品型号供用户选择，如下图1所示。

图1. Silicon Labs SUB-GHz无线产品拥有丰富的产品型号选择。
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EZRadioPRO 包括了EZRadio 射频发射器、接收器和收发器的所有吸引人的特性（例如高集成度、低成本、灵活性、低 BOM 且易于设计），同时以更复杂的 ISM 频段应用为目标，并提供了若干增强参数和功能，包括从 119 至 1050 MHz 的频率覆盖范围和高达 +20 dBm 的输出功率。还包括唤醒定时器、低电量探测器，发射和接收数据 FIFO、加电复位电路和通用数字 I/O 等内置功能。 Wireless MCU则集成了8位低功耗MCU，再加上EZRadioPRO高端的无线性能，是一个SOC的无线MCU产品，不仅具备最优秀的无线特性，同时还拥有自己独特的8051 MCU特性。 【分页导航】 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 {pagination} 1.EZRadio——设计简单，更低BOM成本的应用 EZRadio系列设计简单，适合更低BOM成本的应用。Si4010射频发射器是业界首个单芯片遥控IC，仅需一个外部旁路电容、一块印制电路板、电池和一个带按键的外壳便能构成完整的无线遥控器。Si4010采用专利的无晶体振荡器架构，其载波频率精确度在商业温度范围内可达±150 ppm，在工业温度范围内则可达±250 ppm，它的精确度比传统的表面声波(SAW)发射器高出两倍，且无需使用外部晶体振荡器。

图2. Si4010 发射解决方案外部只需接一个电容。
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如上图2所示，Si4010 发射解决方案，相比竞争对手解决方案，其外部只需接一个电容器。 2.EZRadioPRO——性能和成本优于同类竞争产品的超高性价比 EZRadioPRO系列的各方面性能都相对于EZRadio做了的提升，具有超高的性价比。如下图3所示，相比竞争产品，发射功率可以达到20dBm（而竞争器件一般只能达到13 dBm）。相比竞争对手的-115 dBm的灵敏度，EZRadioPRO达到-126 dBm。 全频段的范围可以达到115—1050MHz，并且可以通过全频测试，而竞争产品一般是固定的频点。

图3. EZRadioPRO 相比竞争产品的优势。
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EZRadioPRO具有更低的系统成本，竞争产品需外加 PA/LNA才能达到和EZRadioPRO同样的性能，所以从整体成本上做了很大的节约。此外，更低的工作电流（18mA at +10dBm，~85mA at +20dBm）、50nA的sleep 电流、减少MCU负担也都是EZRadioPRO的优势。 特别值得一提的是Si4438，其为中国智能电表量身定做，是中国智能电表市场上最节能的sub-GHz无线解决方案，所提供的睡眠/待机电流（50nA，寄存器内容保持）比同类收发器低40倍。 利用高效的片上功率放大器(PA)，Si4438 IC通过提供+20dBm输出功率、-124dBm灵敏度、114dB链路预算和58dB临近通道抑制等规格特性，可为智能电表延长传输距离并提供可靠的通信链路。同时，内置的分集式天线和跳频支持可进一步扩展传输距离、增强无线性能。由于分集式天线紧密集成到Si4438收发器，因此可以提高系统链路预算8~10dB，即使在恶劣的环境条件下也可以有效延长传输距离。 【分页导航】 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 {pagination} 3.最低功耗无线 MCU——集成240-960MHZ无线收发器 Si10xx 无线 MCU系列是业内功耗最低的单芯片解决方案，结合了一个 MCU 解决方案和一个 Sub-GHz集成射频收发器。这些产品专为满足需要射频双向通信链路的低功耗嵌入式系统的具体要求而设计。其关键特性包括： ● 更长的电池寿命（业界最低的休眠功耗 100nA） ● 支持单电池供电 ● 业界领先的 link budget (146 dB) ● 不需要外接PA发射功率达到 +20 dBm ● -126 dBm的接受灵敏度极大的提高了接受范围 ● 独特的DC-DC升压转换能够降低电池的工作消耗 ● 5x6mm QFN-36小封装非常适合空间受限的物联网应用 ● 2uS 唤醒时间 ● 支持天线分集

图4. 无线MCU系列的产品选型，根据不同的需要选择MCU资源及无线的资源
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【分页导航】 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 {pagination} 完整的无线开发工具和天线参考设计加快开发进程 Silicon Labs提供各种演示和开发工具来加快无线开发。如下图5所示为Silicon Labs关于无线方面所有的开发工具。Silicon Labs主要代理商世强技术中心专家杨波还特别强调世强可以提供这些开发工具并协调演示。

图5. Silabs 无线产品开发工具，世强可以提供这些开发工具并协调演示。
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Silicon Labs 的无线开发套件 (WDS) 为无线应用开发人员提供一套完整的工具集，开发人员通过它，需要很少或不需要特殊的射频设计和测量经验，就可快速轻松地创建和部署高效而文件的低成本无线应用。

图6. Wireless开发软件(WDS)。
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Silicon Labs 在 WDS 软件中提供 EZRadio 和 EZRadioPRO 的 GHz 子产品的示例项目（示例代码）。这些示例项目已经过 Silicon Labs 优化并已验证性能。可以利用标准或自定义参数来支持双向和单向链接，支持数据包和直接模式，测试 RF 性能。GUI 控制面板为启动应用程序代码开发或在实验室评估 RF 性能而设置自有配置的过程提供完全灵活性。并且在此环境中配置 EZRadioPRO 的高级设置，如此，则无需人工设置配件中的寄存器就可以完整地配置设备。 “此外，世强还提供多种天线参考设计，尤其是PA天线，因为他的面积很大，频率又低，所以在低频段设计方面难度非常大。世强专门针对不同频段，例如弹簧天线，提供天线参考设计，还可以免费提供参考图，演示，客户可以直接拿去参考。”杨波指出。 【分页导航】 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 {pagination} Ember ZigBee平台——物联网无线连接方案的宠儿 而当家里需要几十个不同的照明设备互连，这时ZigBee是更适合的无线技术。在物联网的市场里有很多设备已经开始大量使用ZigBee技术，包括照明、温度调节以及电视遥控。当大量的设备需要互连时，ZigBee技术的应用会更多更重要。 Ember ZigBee平台是对Silicon Labs EZRadio 、EZRadioPRO sub-GHz收发器以及Si10xx无线MCU等产品组合的有力补充，为需要扩展无线范围、提高带宽和延长电池寿命的点对点网络以及星型网络应用提供高性能、低功耗解决方案。 Silicon Labs Ember ZigBee产品具有强大的硬件性能，包括：强大的 RF性能（IEEE 802.15.4 transceiver、发射功率可达 +8dBm、-102dBm 灵敏度 @ 250kbps）；业界领先 CPU（32-bit ARM Cortex-M3 、512/256kB flash、64/32kB RAM）；丰富的外围（14-bit ΣΔ ADC、串口: UART, SPI, I2C, USB）；超低的待机电流（最低可达0. 4uA）。 EM35x和EM358x ZigBee芯片是业内领先的基于 ARM Cortex-M3 的 ZigBee SoC 系列，其可在一个紧凑的封装内提供无与伦比的性能、功耗和代码密度。EM35x和EM358x 系列结合了一个 2.4 GHz IEEE 802.15.4 无线电收发器与一个 32 位微处理器、闪存和 RAM，具有受硬件支持的强大的网络级调试功能。这些设备结合了 ARM 工具的强大生态系统，使 OEM 可以简化开发过程，并缩短上市时间。Ember ZigBee器件还可提供极佳的信息延迟和数据吞吐量，比其他ZigBee解决方案的电池寿命至少延长25%。

图7. EM35x ZigBee芯片和竞争器件的基础特性对比。
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“软件是ZigBee最大的亮点，作为ZigBee联盟的领袖，他还具有业内最优秀的协议栈，可以支持成千上万个节点并避免网路阻塞等状况的发生。在代码应用方面都有完整的协议包，方便用户按需调用。”杨波表示。 如下图8所示的拉斯维加斯亚洲大酒店，具有1万多个节点，通过Silabs zigBee的产品进行控制，其具有业界最强大的ZigBee协议栈和应用层，每一组网络支持最多节点数可达1000多，而竞争方案只有100左右。世强还能够提供参考的ZigBee协议库和应用参考代码，缩短设计周期，更快的投入市场。

图8. 通过Silabs ZigBee产品进行控制的拉斯维加斯亚洲大酒店。
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在开发工具方面，如下图12所示的调试软件。Ember Desktop 可以查看和控制每个单一节点。USB Debug Adapter 能够快速的数据传输，方便通过desktop实时的网络数据分析。数据包跟踪接口可以方便跟踪网络的每个节点数据动态情况。

图9. ZigBee开发工具。
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本文小结 高性能、低成本、低功耗、可扩展性是Silabs 无线产品的主要优势，而通过世强的强大技术支持团队，能够为客户提供所需要的技术支持，包括硬件和软件方面，以帮助客户成功。物联网已经——正在——继续改变我们的生活方式、工作方式、周围环境，你准备好把握无线物联这一市场孕育的巨大商机了么？ 【分页导航】 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载