设计干货：运用低功耗网状网络技术降低智能家居网关能耗
互联网宽带业务历来竞争激烈，终极目标在于实现最高吞吐量。然而，可持续发展意识日渐增强，能源法规（包括欧盟关于备用模式的生态设计法规）日趋严格，互联网服务提供商 (ISP) 规则逐步改写。ISP必须时刻保持竞技状态，持续参与吞吐量竞争；与此同时，还必须从根本上降低网关能耗，从而遵守法规并呼吁客户积极响应环保倡议。但是，如何在不影响智能家居用户体验的情况下降低网关能耗？
这篇博客介绍了SILICON LABS（芯科科技）的新型低功耗网状网络技术（正在申请专利），该技术可显著降低各大制造商的用户端设备（CPE）能耗，同时改善智能家居用户体验。
Always-on客户端设备的隐性能源成本
智能恒温器、照明、安全传感器和摄像头等物联网设备可为其用户提供前所未有的便利，达到空前的自动化水平。然而，智能家居设备激增也会直接或间接增加能耗。网关和路由器等CPE设备是联网家庭的核心支柱。通常，CPE始终处于在线状态，确保无论在任何情况下安防摄像头、恒温器或检漏仪等关键应用都能正常运行。然而，即使没有网络活动，CPE也会全功率运行，比如夜晚或用户休假期间。毋庸置疑，始终在线（Always-on）的CPE能源成本十分高昂，而且业主往往对费用不甚了解。
芯科科技低功耗网状网络技术简介
芯科科技借助Matter和Thread等新协议掀起网关的能效革命，CPE可在闲置期进入睡眠状态并在必要时立即唤醒。对于用户而言，不仅可以实现完全无缝衔接，而且直观易用。网状连接可让物联网设备在需要连接时自动触发唤醒。这样既可以显著降低能耗，又能改善智能家居用户体验。
CPE–睡眠模式与唤醒事件无缝切换
智能唤醒触发功能可让CPE进入深度睡眠状态，使功耗降至最低水平，而且能够随时唤醒，对智能家居活动做出响应。例如，如果运动传感器检测到移动或业主开启智能锁，CPE会立即唤醒并恢复全连通性。睡眠模式与活动模式无缝过渡可确保用户充分体验智能家居的便捷性和安全性，避免不必要的能源成本。
集成Matter与Thread
芯科科技低功耗网状网络技术启用相关协议触发的唤醒事件，充分发挥Matter和Thread协议功效。例如，支持Matter或Thread的设备（例如，智能恒温器或安全传感器）可以发送信号唤醒CPE，使其从睡眠模式苏醒过来。这样可确保即使CPE处于节能状态仍然可以立即对关键事件做出响应，用户不必担心发生延迟或丧失功能。
这种方法对于安全系统和能源管理等应用尤其有效。安全摄像头或运动传感器可以在最低功耗状态下保持网络连接，只有检测到活动才会唤醒CPE。同样，智能恒温器等环境控制功能可在需要调节温度时唤醒CPE，既保障舒适的家庭环境，又不会浪费能源。
低功耗网状网络技术用例
1. 夜间模式
到了晚上，绝大多数家庭几乎停止活动。智能灯、安全摄像头和传感器等设备通常处于备用模式，保持连接难免产生功耗。如果家中采用传统的始终在线CPE，即使网络几乎没有任何通信，网关仍会全面运行。部署芯科科技低功耗网状网络技术后，CPE可在闲置期间进入睡眠模式。只有当运动传感器检测到活动或用户与系统进行交互时，才会唤醒CPE。这样可以大幅降低功耗，同时确保基本功能（例如，安全功能）保持运行：
传统CPE不提供睡眠模式，整夜运行可能会消耗10-15瓦电量。
采用睡眠模式，CPE功耗可能低于1瓦，低活跃度期间可使功耗降低90%以上。
2. 度假模式
如遇假期或长时间外出，智能家居设备（例如，灯和暖通空调系统）使用频率可能会大大降低。不过，CPE仍会全面运行，消耗电量。
芯科科技解决方案可在家中无人居住时将CPE设置为休眠模式，只有当发生关键事件（例如，启用Thread的安全传感器发出警报或启用 Matter 的恒温器进行远程温度调节）时才会唤醒。这样可以显著降低能耗，同时保证住宅安全并提高灵敏度。
能耗比较：
如未采用芯科科技技术，房屋空置期间CPE每天可能会消耗50-75瓦电量。
采用睡眠模式后，能耗降至10-15瓦，度假期间可节省高达80%能源成本。
3. 非主要居所
非主要居所或度假屋通常配备联网设备，例如安全系统或环境监测器，此类设备长期处于备用状态。按照惯例，CPE会全天候运行，确保这些系统保持通信。芯科科技技术允许非主要居所CPE进入深度睡眠状态，同时通过Matter或Thread保持网络连接。智能锁或环境传感器等设备可以根据需要唤醒CPE，但在此之前，CPE需保持最低功耗。
这种方法旨在确保业主可以远程监测和操控非主要居所，避免能源浪费：
如未提供睡眠模式，即使房屋空置，CPE每天也会消耗100-150瓦电量。
在芯科科技技术的帮助下，功耗可降低至20-25瓦，长期能耗降低80-85%。
遵守欧盟新能源法规
即将出台的欧盟生态设计条例2023/826对包括CPE在内的电子设备能耗做出了更新、更严格的限制。该条例对连接设备的关机和备用功耗做出严格限制，要求制造商和服务提供商寻找保持设备运行并降低能耗的解决方案。芯科科技的CPE睡眠模式技术完全符合这些新型标准，服务提供商可在遵守法规的前提下提供节能智能家居解决方案。CPE将在非使用期间进入深度睡眠状态，同时仍然可以通过Matter或Thread保持唤醒功能，确保服务提供商满足消费者期望和监管要求。
智能家居铸就更智能、更节能的未来
芯科科技低功耗网状网络技术支持CPE利用Matter或Thread触发器进入睡眠和唤醒模式，开创了突破性智能家居能源管理方法。通过降低功耗并改善智能家居用户体验，这项技术可以帮助业主节省能源、降低成本及保持智能家居响应灵敏度。消费者和监管机构面临的能效压力日益加剧。
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产品型号
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品类
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Protocol Stack
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Frequency Band @ Max TX Power(GHz@dBm)
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Flash(kB)
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RAM(kB)
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GPIO(个数)
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Operating Temperature(℃)
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Storage Temperature(℃)
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Pin Count
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AVDD Supply Voltage(V)
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EFR32MG12P433F1024GL125-C
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Gecko Multi-Protocol Wireless SoC
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Bluetooth LE Zigbee Thread Proprietary, Wi-SUN
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2.4GHz @ 19dBm, Sub-GHz @ 20dBm
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1024kB
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256kB
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65
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-40℃~85℃
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-50℃~150℃
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BGA125
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1.8V~3.8V
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选型表 - SILICON LABS 立即选型
SILICON LABS Matter 无线SoC选型表
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产品型号
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品类
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Protocol Stack
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MAX TX Power (dBm)
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Flash(kB)
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RAM(kB)
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GPIO(个数)
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Secure Vault
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IADC High-Speed/High-Accuracy
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Multi Vector Processor
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Max CPU Speed(MHz)
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Operating Temperature(℃)
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Storage Temperature(℃)
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Pin Count
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AVDD Supply Voltage(V)
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EFR32MG24B310F1536IM48-B
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Wireless SoC
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Matter,Zigbee,Thread,Bluetooth 5.3
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10dBm
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1536kB
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256kB
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28
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High
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IADC High-Speed/High-Accuracy
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Multi Vector Processor
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78.0MHz
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-40℃~125℃
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-50℃~150℃
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QFN48
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1.71V~3.8V
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选型表 - SILICON LABS 立即选型
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产品型号
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品类
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MCU Core
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Core Frequency (MHz)
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Flash
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RAM
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Secure Vault
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Bluetooth
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Bluetooth 5
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Bluetooth Mesh
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Cryptography
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Output Power Range (dBm)
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GPIO
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I²C
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SPI
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I²S
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Receive Sensitivity
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ADC
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Comparators
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Temperature Range (ºC)
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Package Type
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Package Size(mm)
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EFR32BG24B110F1536IM48-B
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Bluetooth®Wireless SoC
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ARM Cortex-M33
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78
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1536
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256
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High
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5.3
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Bluetooth 5
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Bluetooth Mesh
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AES-128;AES-256;ECC;SHA-1;SHA-2
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-20 to 10
|
28
|
2
|
3
|
1
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-97.6DBM(1Mbit/s GFSK)
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12-bit,SAR,1Msps
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2
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-40 to 125
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QFN48
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6x6
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选型表 - SILICON LABS 立即选型
SILICON LABS 8-bit Microcontroller选型表
SILICON LABS 8位MCU选型，MCU Core 8051，频率20MHz~100MHz，Flash存储2kB~120kB，RAM存储0.25kB~8kB。
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产品型号
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品类
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系列
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Frequency（MHz）
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Flash (kB)
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RAM (kB)
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Vdd min（V）
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Vdd max（V）
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Package Type
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Package Size (mm)
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Internal Osc.
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Dig I/O Pins
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ADC 1
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Temp Sensor
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Timers (16-bit)
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PCA Channels
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DAC
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Comparators
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UART
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SPI
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I2C
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HS I2C Slave
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EMIF
|
CAN
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LIN
|
VREF
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Debug Interface
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|
C8051F392-A-GM
|
8位MCU
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C8051F39x Small Form Factor
|
50
|
16
|
1
|
1.8
|
3.6
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QFN20
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4x4
|
±2
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17
|
10-bit, 16-ch., 500 ksps
|
Temp Sensor
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6
|
3
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10-bit, 2-ch.
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1
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1
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1
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2
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0
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0
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0
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0
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VREF
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C2
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选型表 - SILICON LABS 立即选型
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SILICON LABS 32-bit Microcontroller选型表
SILICON LABS 32位MCU选型，频率24MHz~80MHz，Flash存储4kB~2048kB，RAM存储2kB~512kB。
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产品型号
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品类
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系列
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Frequency（MHz）
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Flash (kB)
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RAM (kB)
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Vdd min（V）
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Vdd max（V）
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Package Type
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Package Size (mm)
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Internal Osc.
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Debug Interface
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Cryptography
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Dig I/O Pins
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ADC 1
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DAC
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USB
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Cap Sense
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LCD
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Temp Sensor
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Timers (16-bit)
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UART
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USART
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SPI
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I2C
|
I2S
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EMIF
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RTC
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Comparators
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EFM32GG290F512-BGA112
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32位MCU
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EFM32 Giant Gecko
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48
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512
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128
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1.98
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3.8
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BGA112
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10x10
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±2%
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ETM; SW
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AES-128 AES-256
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90
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12-bit, 8-ch., 1 Msps
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12-bit, 2 ch.
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-
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Cap Sense
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-
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Temp Sensor
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4
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7
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3
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3
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2
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1
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0
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RTC
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2
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选型表 - SILICON LABS 立即选型
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电子商城
品牌：SILICON LABS
品类：Wireless Gecko SoC
价格：￥8.1764
现货： 101,879
品牌：SILICON LABS
品类：Mighty Gecko Multi-Protocol Wireless SoC
价格：￥27.0929
现货： 90,767
品牌：SILICON LABS
品类：Wireless Gecko SoC
价格：￥10.4994
现货： 50,699
现货市场
品牌：SILICON LABS
品类：Switch Hall Effect Magnetic Position Sensor
价格：￥2.2924
现货：126,000
授权代理品牌：集成电路
授权代理品牌：分立元件
授权代理品牌：接插件及结构件
授权代理品牌：部件、组件及配件
授权代理品牌：电源及模块
授权代理品牌：电子材料
授权代理品牌：仪器仪表及测试配组件
授权代理品牌：电工工具及材料
授权代理品牌：机械电子元件
授权代理品牌：加工与定制
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