【IC】 Silicon Labs的EFR32xG27无线SoC,外形小巧且低功耗,在物联网应用中具有极强的渗透力

2024-10-17 Silicon Labs公众号
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物联网的发展让无线通信成为了越来越多电子设备的标配,以实现可靠而无缝的数据传输,由此也带火了一个IC新品类——无线SoC


无线SoC的设计思路不难理解,就是将原来分属两颗芯片的控制和无线连接功能合二为一,在单芯片中同时集成MCU和RF无线收发器,让物联网产品架构更简洁,开发更便利。


正是由于具有上述的特点,能够很好地契合诸多物联网应用所需,无线SoC(也被称为无线MCU)已经成为主流MCU厂商产品组合中必不可少的一部分。


当然,随着市场的发展和技术的成熟,无线SoC这个赛道也越来越“拥挤”,竞争也越来越激烈。如何持续推动无线SoC的产品迭代,满足快速变化中的物联网市场需求,也就成了各路“玩家”的制胜之道。


先进的无线SoC产品

想要让无线SoC具有出众的竞争力,其中的秘诀可以高度概括成一句话,即“小巧而强大”。也就是说,要在尽可能紧凑的单芯片封装中,集成更多的功能,提升产品关键的性能。


其中的“小”比较容易用直观的数字来衡量,而是否“强大”,则需要从多个方面进行仔细观察。这些方面包括:


无线性能

既然集成了无线收发器,无线电性能自然是个硬指标,出色的接收灵敏度以及较强的发射功率,尤为关键。此外,为了适应多样化的物联网应用需求,支持多模无线通信也成了产品研发的一个发力点,比如在一颗无线SoC中可以同时支持BLE和基于IEEE 802.15.4的其他协议。有些无线SoC还会内置一个协处理器,以获得更强的通信协议处理能力,同时为主处理器减负。


智能控制

在主控(MCU)部分,无线SoC会根据目标应用的需求,集成高性能处理器内核以及存储器,以提供足够的计算和处理能力。此外,丰富的外设资源(如模拟、定时器/计数器、接口、振荡器和传感器等)也是体现无线SoC差异化优势的重要指标,能够令产品获得更强的可扩展性。不难发现,如今很多无线SoC的主控功能配置越来越向主流的通用MCU看齐,这就使其能够更大限度地满足各类应用开发的需求,为客户提供更大的价值。


安全功能

安全性是物联网应用的“红线”,因此安全功能也就成了物联网IC的标配,也包括无线SoC。基于PUF的秘钥管理、硬件加密加速、真随机数发生器 (TRNG)、外部篡改检测、安全启动等,都是提升无线SoC安全性的技术选项。


低功耗

低功耗设计是芯片开发的基本技能,对于依赖电池供电的物联网应用来讲,这显得尤为关键。低功耗无线电内核、精细的分级电源模式管理、高效的电源管理电路,都有助于无线SoC在低功耗性能上更胜一筹。


总之,从无线性能、智能控制、安全功能、低功耗这四个方面着手,确立自己差异化优势,再管理好IC的“身材”,打造一款“小巧而强大”的无线SoC也就水到渠成了。


无线SoC的标杆产品

那么,按照这样标准打造的无线SoC究竟什么样?今天我们就为大家介绍一款SILICON LABS出品的EFR32xG27无线Gecko SoC,从中你就能一览如今先进无线SoC的全貌。

图1:EFR32xG27无线Gecko SoC


EFR32xG27无线Gecko SoC是将76.8MHz的Arm Cortex-M33处理器内核与高性能2.4GHz无线电相结合的单芯片解决方案,包括两个子系列:支持蓝牙 5.4、蓝牙网状网络和专有产品的EFR32BG27(提供WLCSP和QFN封装,简称BG27),以及支持Zigbee和多协议网络的EFR32MG27(提供QFN封装,简称MG27)。


这些器件共同的特点就是:外形小巧——其中WLCSP封装仅为2.3mm x 2.6mm,同时具有丰富的功能和低功耗的特性,很方便集成到空间紧凑的设备中,在物联网应用中具有极强的渗透力。


图2:EFR32xG27无线Gecko SoC框图


首先,EFR32xG27集成了具有DSP指令和浮点单元的76.8MHz Arm Cortex-M33处理器内核,以及高达768kB的闪存(程序内存)、高达64kB的RAM内存,可以实现高性能的高效信号处理。同时,从图2可以看出,EFR32xG27中配置了非常丰富的外设资源,主流的模拟、I/O、串行接口、定时器、时钟管理等功能一应俱全,因此可以覆盖的物联网应用相当广泛。


其次,从无线电性能来看,EFR32xG27的表现也十分出色,在提供高达+8dBm的发射功率、极佳的接收灵敏度的同时,还具有很好的低功耗表现。在无线功能模块中,集成了一个Arm Cortex-M0+无线电控制器,专门用于多模通信协议处理,同时也有利于获得更高的能效。


表1:EFR32xG27的无线电性能和功耗


此外,在安全方面,由于采用了Silicon Labs的Secure Vault™技术(中级),EFR32xG27可以获得相当全面的安全保障,通过对通信信道的保护和防逻辑攻击向量,来提供高级别安全性。


图3:EFR32xG27采用Secure Vault™技术


而后,在低功耗方面EFR32xG27的表现也十分突出。EFR32xG27有五种电源模式(从E0到E4,参见图2),可以做到按需开启/关闭相应的功能电路:在EM0活动模式(76.8MHz条件下)EFR32xG27的工作电流为29μA/MHz;EM2深度睡眠模式下(64kB RAM保留并从LFRCO运行RTC)电流仅为1.6μA;而在EM4关机模式的电流更是低至0.18μA。


值得一提的是,除了上面这些无线SoC中常见的低功耗举措,EFR32xG27还做了一些特别的优化,更大限度地节省功耗,延长电池的续航,也为系统设计带来更大的灵活性:


EFR32xG27采用集成的DC-DC升压转换器,因此可提供更宽的电压范围,允许器件在0.8V - 1.7V或1.8V - 3.8V,甚至低至0.8V的电压下运行,这就使得系统可使用单节碱性电池和纽扣电池,进而降低设备的外形尺寸和成本。


EFR32BG27上配置有唤醒引脚(BOOST_EN),可使仓储或运输中的产品在唤醒前保持数月关闭状态,此时功耗不到20nA,以此确保设备在正式启用前电池保持满电状态,实现更长的续航。


EFR32xG27中还集成了库伦计数器,可准确监控电池电量,以便于根据电池状态实现更高效的电源管理和设备维护。


综上所述,EFR32xG27根据物联网应用的特点,做了深度的优化,其“小巧而强大”的标签可谓是实至名归。


广泛的应用场景

EFR32xG27这种“小巧而强大”的特性,使得开发者能够很便捷地将其嵌入到各类物联网应用中,为它们提供无线互连功能,提升电子设备的智能化水平。


在工业应用中,EFR32xG27在资产追踪、设备的远程监测等方面可以提供出色的实用性和便利性,无需昂贵而复杂的布线,EFR32xG27即可通过蓝牙等无线通信传输数据,并基于数据实现更及时而全面的洞察。


在互联医疗领域,EFR32xG27有助于将高性能低功耗蓝牙(BLE)连接应用到更小、更具挑战性的设备封装中(如智能种植牙),打造差异化的产品,探索全新的商业和服务模式。这十分有利于实现远程医疗的落地,降低医疗保健成本,其中的想象空间是巨大的。


图4:EFR32xG27在小型化医疗设备中的应用


在智能家居场景中,EFR32xG27可以支持蓝牙、Zigbee等主流的家居节点设备联网协议,而且在外形、成本、功耗、安全性等方面,都能够经得住消费电子市场更为苛刻的考验,适用范围十分广泛,市场规模也非常可观。


在汽车行业,EFR32xG27也有望为用户提供全新的体验。比如在传统的汽车胎压监测系统中,通常是基于Sub-GHz无线技术实现轮胎中的传感器与车载计算机之间的通信;而如果采用EFR32xG27建立蓝牙连接,则可以为驾驶员的智能手机提供关键胎压信息,从而创造更友好、更可操作的用户体验。


本文小结

按照梅特卡夫定律(Metcalfe’s law),一个网络的价值等于该网络内的节点数的平方,也就是说该网络的价值与联网的用户数的平方成正比。因此,降低节点设备接入门槛,快速扩大网络规模,是物联网应用发展的核心要义。EFR32xG27这种“小巧而强大”的无线SoC,正是契合物联网这一发展诉求的利器!


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  • zwjiang Lv9. 科学家 2024-12-16
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品类:8位MCU

价格:¥39.8000

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品牌:RENESAS

品类:16-BIT MCU

价格:¥5.5190

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可定制显示屏的尺寸0.96”~15.6”,分辨率80*160~3840*2160,TN/IPS视角,支持RGB、MCU、SPI、MIPI、LVDS、HDMI接口,配套定制玻璃、背光、FPCA/PCBA。

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网络分析仪/频谱仪/信号分析仪/无线综测仪/信号发生器租赁

提供是德(Keysight),罗德(R&S)测试测量仪器租赁服务,包括网络分析仪、无线通讯综测仪、信号发生器、频谱分析仪、信号分析仪、电源等仪器租赁服务;租赁费用按月计算,租赁价格按仪器配置而定。

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授权代理品牌:接插件及结构件

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