【应用】国产2.4GHz射频PA+超低功耗Zigbee SoC芯片满足传感器节点低功耗、长距离设计需求
智能家居和智能楼宇的发展非常迅速，在这些智能化的应用场景中，会有非常多的传感器节点分布在家庭或者楼宇的各个位置，提供传感感知数据，为家庭或者大楼实现智能化，这些传感器节点设备通常采用Zigbee网状网络来实现组网和管理。诸如无线门磁，水浸，温湿度，红外传感器，烟雾报警器，控制面板等。并且这些传感器节点大多是电池供电，对功耗要求非常高。 同时由于安装位置，通信距离等要求，还需要传感器节点设备具备非常远的通信距离，以满足传感器节点和Zigbee网关之间的通信效果和用户体验。
因此本文推荐SILICON LABS公司的超低功耗Zigbee SoC芯片EFR32MG22 + 中科微公司的2.4GHz射频PA AT2401C，应用于Zigbee低功耗传感器节点产品上。系统框图如图1，主要由以下模块组成：
1、Zigbee SoC芯片EFR32MG22，以及给Zigbee SoC搭配的晶体，传感器单元，这个是传感器节点的核心控制单元，实现Zigbee网络通信，传感数据采集等。把传感器节点的数据传输给Zigbee网关。
2、电源管理单元由锂电池，LDO，DC/DC为传感器节点提供电源，充放电管理。同时这些选用的LDO，DC/DC也必须是低功耗的器件，才能实现整个系统的低功耗设计。
3、射频功放PA为2.4GHz射频发射信号增强，提供更高的发射功率，获得更远的通信距离。
EFR32MG22系列多协议无线SoC芯片，采用ARM Cortex-M33内核，主频高达76.8M，方便处理传感器相关的算法。EFR32MG22同时具备同类最佳的超低射频发射和接收电流（发射功率为0 dBm时3.6 mA；接收3.9 mA）；高性能、低功耗M33内核（工作电流27 µA /MHz；休眠电流1.4 µA（可定时唤醒，外部中断唤醒））；由于传感器产品绝大部分时间工作在睡眠模式，优秀的睡眠电流和超低的运行功耗可让电池使用更长时间。
在实际使用 EFR32MG22 时部分工程师会担心其发射功率低（最大+6dbm），影响通讯距离的问题。为了解决这个问题，使产品同时满足睡眠低功耗和长通讯距离，可以在外部加一颗外置 PA；这里选用中科微的 AT2401C ，这颗射频前端芯片是采用CMOS 工艺实现的单芯片器件，其内部集成了功率放大器(PA)，低噪声放大器(LNA)，芯片收发开关控制电路，输入输出匹配电路以及谐波滤波电路。外置PA AT2401C可以增加信号强度到 +22dBm， AT2401C 内部集成的LNA可以提升接收端的灵敏度，加上EFR32MG22自身的高接收灵敏度-102.3 dBm，进而增加信号传输距离。
超低功耗Zigbee芯片EFR32MG22 +2.4GHz射频功放PA AT2401C的组合设计，完美解决传感器节点低功耗的应用需求，又能满足数据发射时候需要的远距离通信要求。
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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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