【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

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！

本文由Silicon Labs转载自贸泽电子公众号