满足各种无线电通信标准的无线组合芯片，对于支持下一代物联网(IoT)硬件至关重要。这些芯片包含广泛的无线协议，对于家庭自动化设备、数字助理、智能家电、照明网关、气候控制系统和电动汽车充电点的设计至关重要。
组合无线IC采用复杂的固件解决方案来组合复杂的协议栈，同时消除了单个芯片中两种或多种无线电共存所引起的问题。英飞凌物联网计算和无线部门高级总监Sivaram Trikutam指出，组合芯片集成了高级硬件流程和算法，可在单个半导体平台上有效地结合Wi-Fi和蓝牙等无线技术。
这种二合一解决方案减少了开发时间和成本，同时简化了整体系统设计(图1)。例如，它使用单个天线简化了天线设计，并显著减少了设计工程师的认证费用。
图1：无线组合芯片在单个IC上结合了两种或多种无线电通信技术。(图片来源：Synaptics)
以恩智浦半导体(NXP)为例，该公司于2019年以17.6亿美元的交易收购了Marvell的Wi-Fi和蓝牙连接资产。此次收购旨在将这家荷兰芯片制造商的处理平台与强大的连接技术相结合，并为各种应用提供Wi-Fi/蓝牙组合解决方案。
Marvell的无线连接团队一直是提供Wi-Fi/蓝牙组合解决方案的先驱。快进到2022年，NXP推出了无线微控制器(MCU)，该MCU拥有对Wi-Fi 6、蓝牙低功耗(BLE)5.3和能够支持Thread和Zigbee的IEEE 802.15.4的多协议无线电支持(图2)。
图2：RW612无线组合芯片的Wi-Fi和蓝牙构建模块显示在右上角。无线组合芯片支持智能家居中的Matter协议。(图片来源：NXP)
市场研究公司IoT Analytics预测，到2025年，联网的物联网设备数量将增长到270亿。这些物联网应用通常包含广泛的无线技术，这反过来又使无线组合芯片成为物联网设计的关键秘诀。然而，如果有一个领域需要多标准无线连接，那就需要在智能家居设备中启用Matter。
智能家居中所包含的设备来自多家供应商，它们包含着各种无线接口和通信协议。其中包括用于高速视频或数据的Wi-Fi、支持低功耗传感器和控制网络的Zigbee或Thread的IEEE 802.15.4，以及用于音频或文件传输的点对点通信的蓝牙。
Matter是一种基于标准的统一通信协议，无论设备使用哪种网络，都可以实现智能家居的互操作性。现在将Matter添加到这个多无线电的环境中，就可以更清楚地了解无线组合芯片在针对智能家居应用的嵌入式物联网解决方案中所将发挥的作用。
Matter连接将成为越来越重要的期望，无线组合IC预计将为包含低功耗、多协议系统的设计提供坚如磐石的连接。凭借对Matter的原生支持，无线组合芯片可以让开发人员更轻松地将Matter功能集成到智能家居设备中。
以英飞凌的AIROC片上系统(SoC)为例，它联合为Matter就绪智能家居应用提供BLE和IEEE 802.15.4无线协议。CYW30739多协议芯片配备96MHz Arm Cortex-M4 MCU，该MCU具有可提供高性能计算的浮点单元，以及具有闪存、RAM和ROM的高度优化的存储系统。
Synaptics的三重组合SoC集成了Wi-Fi 6/6E、蓝牙5.2和IEEE 802.15.4/Thread，用于跨异构物联网网络连接设备(图3)。在符合Matter标准的SYN4381三重组合芯片中，Wi-Fi 6/6E包含IEEE 802.11ax，并具有扩展的6GHz运行频率和高达600Mbps的Wi-Fi 6E数据速率。
图3：该无线组合将Wi-Fi 6/6E、蓝牙5.2以及用于Zigbee和Thread的IEEE 802.15.4集成在了具有片上功率放大器(PA)和低噪声放大器(LNA)的单个IC中，同时还支持智能家居的Matter应用。(图片来源：Synaptics)
双模蓝牙5.2(BT 5.2)配备BLE音频和高精度距离测量(HADM)技术，以促进接近检测。最后，IEEE 802.15.4具有对Thread协议和Matter应用层的内置支持。Synaptics无线连接部门高级副总裁兼总经理Alex Chou称三重组合芯片是智能家居网络的下一个合理选择。
Matter作为一种平台间通信标准，显然颠覆了无线组合芯片的战略重要性。这些多无线电设备现在被设计到智能家居应用中，例如恒温器、车库开门器、门锁、IP摄像头、扫地机器人和智能家电。
然而，这些无线组合芯片具有显著的集成度和功耗优势，也可用于智能电视、定位和网关应用。英飞凌的AIROC CYW43455 Wi-Fi和蓝牙组合芯片就是一个典型例子，它已被集成到名为TomTom Go Discover的卫星导航系统中，后者具有5in、6in和7in三种显示屏。
与此同时，无线组合芯片在复杂性、算法使用和无线电共存方面也不断发展，进而提高整体性能。Wi-Fi 6/E和蓝牙5.3等新通信标准在不断提高速度和流媒体功能。因此，这些组合芯片可能会变得更大和更强大，以有效地服务于众多无线技术。
（原文刊登于EDN姊妹网站EE Times，参考链接：Wireless Combo Chips Enable Matter Protocol in Smart Homes，由Franklin Zhao编译。）
本文为《电子技术设计》2023年9月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。
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