丰富的低功耗无线互联方案促成广泛的IoT应用

物联网(IoT) 的迅猛发展是关键的行业大趋势之一，而无线互联是IoT的重要构建块。安森美半导体提供符合Sub-GHz、2.4 GHz、Sigfox、Thread、Zigbee、蓝牙低功耗(BLE) 等各种标准协议的高性能、超低功耗无线互联方案，并支持各种定制协议和专有协议的开发和应用，以满足不同的IoT互联需求。重点应用市场包括工业IoT、车联网(V2X) 、移动医疗和便携式设备。

IoT边缘节点方案概览

IoT的一端是云，靠近数据中心，另一端是边缘节点，靠近传感器网络和各种执行器。针对边缘节点，安森美半导体具备全面的IoT产品阵容，涵盖感知、互联、电机驱动、LED照明驱动、处理/MCU、有线充电、无线充电及电源管理等构建块，提供多种封装技术，包括多芯片封装(如传统的并排(Side by Side) 封装、更高集成度的堆叠式(Stacked die) 封装) 、系统级封装(把天线和无源器件集成到单个封装，简称SiP) 、微型封装、模块化封装等，并通过相关的测试和认证，帮助实现高集成度、高能效、具成本优势的创新IoT方案。

图1：安森美半导体全面的IoT产品阵容

在无线互联方面，安森美半导体提供符合Sub-GHz、2.4 GHz、Sigfox、Thread、Zigbee、BLE等协议的无线互联方案，从标准产品、RF和MCU核心器件、模块、定制方案乃至开发硬件和软件的整体方案，帮助设计人员加快产品开发和上市时间。

Sub GHz/2.4 GHz 无线互联方案

安森美半导体提供独立的可编程低功耗Sub GHz RF收发器内核、超低功耗2.4 GHz IEEE 802.15.4 RF 收发器内核、系统单芯片(SoC)、CodeBlocks集成开发环境(IDE)以及Radiolab软件。设计人员可根据需求灵活搭配硬件内核、封装和添加软件，实现不同的方案。表3列出了现有的硬件组合。

表1：硬件模块–RF收发器内核

表2：硬件模块–MCU内核

表3：现有的硬件组合，其中NCS36510 是唯一的单片式SoC(即一个裸硅片)

AX8052F143窄带Sub GHz RF SoC把软件无线电AX5043和MCU内核8052如AX8052F100组合，针对Sub GHz无线应用。其中AX5043频率范围27 MHz至1050 MHz，数据速率100 bps至125 Kbps，支持FSK、MSK、4-FSK、GFSK、GMSK、ASK、AFSK、FM、PSK的调制模式，功耗低，在433 MHz/868 MHz下的接收电流仅9.5 mA，在16 dBm、868 MHz下的发射电流典型值仅45 mA，接收灵敏度极佳，在100 bps、868 MHz FSK的灵敏度达-135 dbm。8052 MCU内核提供20 MHz主频，8.25 KB RAM，64 KB Flash。AX8052F143的各项参数与AX5043基本一致。电源电压范围1.8 V至3.6 V，工作温度范围-40 °C至+80 °C，符合世界主要地区的无线电管理规范如EN 300 220 V2.3.1、EN 300 422、FCC Part 15.247、FCC Part 15.249、FCC Part 90等。

AXM0F243窄带Sub GHz RF SoC把AX5043和MCU内核ARM Cortex M0+ 组合。ARM Cortex M0+提供48 MHz主频，8 KB RAM，64 KB Flash。

完整的CodeBlocks IDE包括全集成的、支持安森美半导体所有RF SoC的相关开发套件，无缝集成专有RF协议的支持，通过按下RadioLab代码生成器按钮，生成无线部分的固件代码。针对8052，支持IAR 和SDCC ；针对M0+, 支持IAR 和ARM GCC。

Radiolab是无线收发器寄存器配置器和固件生成器，设计人员可通过Radiolab选择PHY 和MAC 层选项配置如频率、调制、数据速率、带宽、地址或数据包过滤、可配置的header/footer、帧、支持同步和异步协议、唤醒无线电配置等等，生成的固件与CodeBlock无缝集成，还支持常见的无线电测试如误码率(BER)及简单的数据包错误率演示示例。

Sigfox无线互联方案

安森美半导体提供SoC如AX-SFxx/AX-SFxx-API支持所有Sigfox区域，和SiP支持RCZ1区域，所有参考设计都通过Sigfox认证，并提供AT指令控制的调制解调器的应用编程接口(API)，帮助客户加速产品上市时间，同时，带有软件开发工具包(SDK)的API可扩展更多应用。

以Sigfox SiP模块AX-SIP-SFEU为例，它把一个Sigfox无线电IC、分立的RF匹配、所需的所有无源器件和固件集成在一个微型方案中。优势有：微型，仅占基于PCB模块方案空间的10%；功耗超低，待机电流、睡眠电流和深度睡眠模式电流分别仅为0.55 mA、1.2 mA和180 nA；无需外部器件，具有所有相关的审批和Sigfox验证，显著降低设计风险，加快上市时间，并简化供应链。AX-SIP-SFEU通过通用异步收发器(UART)接口进行设备连接。AT命令用于发送帧和配置无线电参数；对于想要编写自己的软件以实现真正的单芯片方案的设计人员，可使用AX-SIP-SFEU-API。

基于IEEE802.15.4的无线互联方案

针对基于IEEE802.15.4物理层的应用，安森美半导体主要提供符合ZigBee 3.0、Thread/6LoWPAN的产品，这些产品都包括必要的软件资源和协议栈。如NCS36510单片式SoC是经优化的超低功耗RF MCU，针对ZigBee、Thread、专有ARM Cortex-M3 MCU 和2.4 GHz 802.15.4 RF收发器，特别适合智能家居、智能楼宇等应用。NCS36510接收电流典型值仅3.6 mA，在8dBm的发射电流仅14.3 mA，灵敏度-99 dBm，ARM Cortex-M3 MCU提供32 MHz主频，48 kB RAM，640 KB Flash。ZigBee的协议栈已包含在IAR软件开发套件(SDK)中。该方案提供1 V至1.6 V的1 V电压模式和2 V至3.6 V的3 V电压模式。

BLE无线互联方案

针对BLE，安森美半导体蓝牙5 认证的SoC RSL 10为多领域IoT应用提供行业最低蓝牙功耗，如智能楼宇/城市、照明/ 家电、抄表、监控、火灾/烟雾探测器等工业应用，助听器、病人监测、血糖仪等移动医疗，车钥匙、传感器、T-BOX、车联网(V2X)等汽车应用场景，以及可穿戴等消费级无线设备。此外，RSL10还支持蓝牙Mesh网络。RSL10领先于嵌入式微处理器测试基准协会(EEMBC) ULPMark能效评测，取得该评测史首次超过1,000分的成绩，在睡眠模式下的最低功耗仅62.5 nW，在0 dBm、3 V工作电压下的峰值发射电流和峰值接收电流分别仅4.6 mA和3.0 mA。

RSL10具有1.1 V至3.3 V的宽电压范围，内置DC-DC、LDO等电源管理单元、AES128数据安全加密、384 kB Flash (有256 kB空间供用户程序使用) ，使用ARM® Cortex®-M3处理器，支持标准的BLE协议栈和2.4 GHz专有协议，天线接口无需外部巴伦，凭借蓝牙5可实现2兆位每秒(Mbps)的速度。同时，RSL10还集成32位双乘加器(Dual-MAC) DSP内核LPDSP32以满足加强的信号处理需求。

图2：RSL10框图

RSL10采用不同的封装可满足多种应用场景：如6x8 mm 的RSL10 SiP含天线、滤波、电源管理、无源器件，并通过多国的体系认证，可实现最简单的导入设计；采用6x6 mm QFN的RSL10适用于工业、消费和医疗应用；针对汽车应用，提供7x7 mm 可润湿侧翼QFN封装，符合AEC-Q100认证，具备-40至+105 °C的工作温度范围；针对空间极为受限的应用，提供2.3x 2.3 mm的晶圆级芯片封装(WLCSP)。

例如，RSL10的超低功耗特性极其适用于通过能量采集实现完全免电池的方案。能量采集方案指系统自身将机械能或光能等能量转换为电能，无需电线或电池供电，适用于难以维护的应用场景。

图3：RSL10能量采集方案

安森美半导体提供RSL10 SDK、开发硬件，并视乎需要提供LPDSP32开发工具。RSL10 SDK包括蓝牙协议栈、示例代码、库、文档、Arm Cortex-M3 处理器开发(GNU 工具链)、Eclipse 和Keil 集成开发环境、CMSIS 软件包。开发硬件包括开发板和USB Dongle。

总结

安森美半导体丰富的无线互联方案阵容涵盖市场各种标准协议，具有低功耗、灵活的产品组合和多种封装形式等优势，结合针对IoT边缘节点的感知、驱动、计算、电源管理等全面的产品阵容，促成工业物联网、智能家居/楼宇、移动医疗、车联网等广泛的IoT应用。