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      科普:物聯網WiFi/BT/ZigBee芯片

      文章出處:巨川智能電氣責任編輯:巨川智能電氣查看手機網址
      掃一掃!智能照明控制系統的優勢?掃一掃!
      人氣:發表時間:2020-02-25 15:37:18【

      自物聯網技術應用以來,智能家居行業正如火如荼地快速發展,已經從遙控掌握發展到手機遠程控制,網絡傳輸信號也從有線一躍而升為無線,既降低成本,低碳節能。在眾多的無線連接技術中,應用最廣泛和普遍的當屬WiFi/BT/ZigBee,這三種技術,各有所長,分別適用不同的應用場景,成為物聯網無線連接最流行的通信協議。


          從2013年至今,整合無線的單芯片MCU、集成MCU和無線功能的模塊、整合嵌入式處理器和無線的單芯SOC等產品和方案全線開花。我們盤點TI、ST、Marvell、飛思卡爾、博通、高通、聯發科、恩智浦等主流芯片商推出的那些專為物聯網而設的WiFi/BT/ZigBee無線芯片或模塊,分析其特點和適合應用的場景。


          一.整合無線的單芯片MCU


          1、TI 最新SimpleLink WiFi平臺專為IoT而設 提供靈活選擇


          SimpleLink WiFi 平臺為用戶提供了靈活選擇:CC3200集成了可編程 ARM? Cortex?-M4 MCU,允許客戶添加其特有的代碼;而CC3100已經為8、16、32位的MCU提供了接口,可搭配用戶需要使用,并通過TI的IoT云生態系統成員擁有了云連接支持能力。


          2014年6月份,TI推出了SimpleLink WiFi 系列WIFI平臺,專為IoT而設計,包括CC3100/3200,平臺具有高度的靈活性,其中3200在單芯片中集成了射頻及模擬功能電路,將WiFi平臺與ARM Cortex-M4 MCU整合在一起,實現了低功耗、單芯片WiFi解決方案;而CC3100可與任何MCU配合使用。這兩款芯片都具有很低的功耗,提供低功耗射頻和高級低功耗模式,尤其適用于電池供電式設備的開發。


          兩款產品都可讓用戶利用快速連接、云支持和片上WiFi、互聯網和穩健的安全協議實現針對IoT的簡易型開發,無需具備開發連接型產品的先前經驗,就能夠輕松地為眾多的家用、工業和消費類電子產品增添嵌入式WiFi和互聯網功能。


          【應用場景】:該平臺不僅能應用于智慧家居,也能應用于工業通信。例如可用于工業設備的無線服務通道,為無監視器的非接入式設備提供智能、便利和服務;可采用現有的 WiFi 網絡基礎設施以實現電池供電式設備的室內資產跟蹤;還可給工廠配電板增添WiFi功能以對耗電量和設置等進行控制、監測和分析,實現智能能源控制。


          2.Marvell 從WiFi到藍牙到Zigbee 全線的無線MCU平臺


          Marvell全線無線MCU平臺覆蓋WiFi,藍牙,Zigbee,提供高集成度,顯著提高了性能、降低了功耗并降低了總體用料成本,搭配軟件開發平臺Marvell EZ-Connect,讓開發者短短幾天實現應用開發。


          2014年6月份,Marvell發布針對物聯網應用的全面的無線MCU平臺:MW300 Wi-Fi微控制器、MB300藍牙微控制器和MZ100ZigBee微控制器。在單一芯片上集成MCU、RF收發器、網絡/無線協議棧的基礎上,還集成了軟件開發套件和調試工具,并提供從多層安全保障。


          其中MW300 Wi-Fi微控制器支持802.11n Wi-Fi、內置全功能微控制器的單芯片SoC,面向低功耗進行了有針對性的優化,實現了深度低功耗狀態,同時降低了正常工作時的功耗,適用于各種基于電池供電的應用場景; MB300藍牙微控制器是支持雙模藍牙4.1、集成了微控制器的真正單芯片SoC,實現經典藍牙與智能藍牙并存運行,內置語音功能支持高分辨率ADC以及與麥克風的直連; MZ100 ZigBee微控制器是支持802.15.4/ZigBee、集成了微控制器的單芯片SoC,提供Wi-Fi與藍牙的共存,易于與傳感器、起動器以及其他組件連接,減少了外部組件和PCB面積。Marvell EZ-Connect 軟件平臺支持這個最新的無線產品系列,基于該平臺大大減少開發時間。


          【應用場景】:可穿戴設備、家庭自動化、家庭安防、個人保健、智能家電、配飾與遙控器、汽車、照明、工業互聯網等市場。3款芯片分別適用不同的應用場景:其中MW300 Wi-Fi微控制器主要適用于智能家居中冰箱、冷氣機等家電和家用電器與家庭網絡的長時間連接;MB300藍牙微控制器適合于裝置之間的“互動”;MZ100ZigBee微控制器在智能照明以及多終端互聯方面的優勢明顯。


          二.集成MCU和無線功能的模塊


          1.Microchip RN4020藍牙智能模塊 可連接主機MCU使用或獨立運行

          支持最新的藍牙4.1,具有功耗低、發射距離遠、尺寸緊湊等特點,它可以連接到任意一款具有UART接口的單片機(包括數百款PIC? MCU),也可以無需MCU地獨立運行。


          Microchip在收購Roving Networks公司后不久的2012年9月份,就快速推出了WiFi無線模塊 RN-171和RN-131,可連接任何PIC MCU,2013年又陸續發布 MRF24WG0MA/MB WiFi模塊,集成無線模塊和PIC MCU,支持低數據速率的Wi-Fi傳感器網絡,家庭自動化,樓宇自動化和消費電子應用。


          2014年6月份,Microchip藍牙 4.1低功耗模塊RN4020發布,提供一個發射功率為7 dBm、接收靈敏度為-92.5 dBm的內置PCB天線,使模塊的有效工作距離超過100米,而尺寸卻非常緊湊僅為11.5×19.5×2.5mm。RN4020是一種板載協議棧模塊,它可以連接到任意一款具有UART接口的單片機(包括數百款PIC? MCU),也可以無需MCU地獨立運行,進行基本的數據采集和通信,其應用如燈標或傳感器等。獨立運行模式基于Microchip獨特的非編譯腳本而實現,它使用簡單的ASCII命令接口來進行模塊配置,而無需工具或編譯。


          【應用場景】: 適用于家庭自動化和家用電器,照明類應用,以及醫療設備、可穿戴設備,玩具、標簽、表鏈和遙控裝置,基于脈沖和接近傳感器的系統,甚至各種工業應用。


          2.Atmel SmartConnect SAM W23模塊 融合無線與控制優勢


          集成了WiFi連接、網絡協議、安全等功能,以及Atmel的ARM Cortex M0+微控制器技術,既可將SAM W23 平臺作為獨立系統使用,也可將其作為功能擴展方案使用,從而在當前設計中實現WiFi連接。


          鑒于物聯網市場的強大攻勢,Atmel在融合其在無線與控制兩方面的強大優勢,2014年6月份,Atmel推出了全新的MCU品牌--Atmel SMART以及SmartConnect SAM W23模塊,該模塊基于 Atmel超低功率WiFi系統芯片,實現了低功率MCU與Wi-Fi解決方案的結合。SAM W23模塊整合了WiFi功能,設計人員無需再學習WiFi堆棧,從而能夠專注于提升產品功能。


          SAM W23模塊是為那些尋求將WiFi連接與IEEE802.11、RTOS、IP堆?;騌F進行整合的設計人員提供的理想解決方案,此外,該模塊可提供應用和安全協議(如TLS)、集成網絡服務(TCP/IP堆棧)和標準的實時操作系統(RTOS),這些全部可以在Atmel Studio 6的集成開發平臺(IDP)通過簡單的串聯主機接口(SPI、UART)實現。


          【應用場景】: 適用于為廣泛的住宅、醫療、工業、消費、智能能源和可穿戴設備市場。


          3.飛思卡爾 Kinetis W系列無線模塊 在Zigbee領域有優勢


          Kinetis KW2X無線模塊降低功耗,集成了在高端處理器中才提供的高級安全特性,支持高級加密方法,如密鑰生成、安全存儲器和篡改檢測功能,提供512KB閃存和64KB RAM,以及64K的FlexMemory,方便用戶靈活使用,搭配Kinetis開發工具,可進一步加快產品開發速度。


          MCU 是飛思卡爾的戰略重點,在物聯網時代,飛思卡爾也打起了物聯網的算盤,通過整合MCU和Zigbee無線技術和RF收發器,推出了一系列的整合式MCU—Kinetis W系列,可為2.4GHZ Zigbe/ IEEE 802.15.4應用和低于1GHZ的IEEE 802.15.4提供靈活的產品選擇。


          2013年年底,飛思卡爾推出了Kinetis系列KW2x無線MCU。 KW2x是一款低功耗、緊湊型集成式器件, 由一個高性能可兼容IEEE 802.15.4的2.4 GHz無線收發器和一個強大的ARM Cortex-M4 MCU系統組成,并配有數據連接和高精度混合信號模擬外設。


          【應用場景】: KW2x無線MCU主要在智能能源、家庭/樓宇自動化、醫療保健、家庭娛樂等場景使用,典型的應用有:由儀表、網關家用顯示器和互連設備構成的家庭網絡;聯網樓宇控制以及具備燈光控制、暖通空調和安保等功能的家庭自動化應用。


          4.恩智浦 JN516x無線MCU模塊 劍指智能家庭


          對智能照明、住宅自動化和能源管理應用而言,JN516x無線MCU模塊系列匯集價格/性能、片上存儲器和超低功耗及軟件堆疊選擇的最佳組合。尤其恩智浦還推出了LightPRO智能照明系統模塊,允許構建具有多達500個節點的智能照明網絡,完美涵蓋商業和公共照明應用。


          從2011年開始,恩智浦就以智能照明為突破口,進攻物聯網,起初在其LPC系列MCU中并未整合無線功能。2013年年初,恩智浦推出針對物聯網的JN516x系列無線MCU模塊,包括JN5161、JN5164或JN5168,整合了無線功能。


          該模塊配置了高性能的32位RISC處理器,內嵌Flash和E2PROM,通過可變寬度指令、多級指令流水線、低功耗與可編程時鐘速度來提高代碼效率。同時片上還具有一個符合IEEE802.15.4 2.4GHz標準的無線收發器以及一系列豐富的模擬、數字外設。配合超低的工作電流和低功耗睡眠特性,可以使設備利用紐扣電池供電并延長電池的壽命。


          【應用場景】: 配合恩智浦的應用商業開和評估套件,開發人員可以可在智能照明、資產管理、樓宇控制、智能能源、家庭自動化、遠程控制等領域開發應用?;贘N516x,業界已經開發出眾多成功的商用產品,如Cherry的無線電能采集開關,無需電池或供電連線,利用一次按壓開關的動作就可以發送8個無線數據包的能量,從而實現球泡燈的開關甚至調光的功能。


          5.ST意法半導體 SPWF系列微型智能WiFi模塊 低功耗小尺寸


          SPWF系列的微型智能WiFi模塊具有低功耗和小尺寸,可方便地與物聯網(IoT)設備及獨立的802.11 b/g/n設備進行即插即用式的集成。


          瞄準物聯網商機,ST意法半導體除了可提供各種低功耗、低成本的ARM Cortex-M處理器系列的STM32 MCU,還整合WiFi技術,推出了SPWF系列的微型智能WiFi模塊。PWF01S WIFI模塊配置為單片802.11收發器,具有集成的PA和STM32 ARM Cortex-M3 32位MCU,可提供1.5MB和512KB的閃存選擇以及64 KB RAM,支持廣泛的GPIO,還包括時鐘及穩壓器,可方便地與物聯網(IoT)設備及獨立的802.11 b/g/n設備進行即插即用式的集成。


          此外,ST意法半導體已增辟產品線,大舉推出整合32位元Cortex-M核心MCU及2.4GHz射頻收發器、藍牙技術,擬推出支持下一代多通信協議(Multi-Protocol)的無線MCU方案,以克服各種物聯網設備開發挑戰。


          【應用場景】:產品可在智能家電、工業控制和數據采集、家庭自動化和安全系統、無線傳感器、電纜更換、醫療設備 、機器對機器的通信等應用場景下使用。


          三.整合嵌入式處理器和無線的單芯SOC


          1.博通 WICED平臺 WiFi BCM4390+藍牙BCM2073X 高集成低功耗


          作為領先的半導體廠商,博通在無線領域的優勢有目共睹,芯片集成度高,并顯著降低功耗。WICED平臺提供一站式的多樣化應用,客戶在上面做不同的軟件開發以實現不同的應用。


          2013年6月份,博通發布針對物聯網應用的單片WiFi解決方案--BCM4390,這也是博通嵌入式設備互聯網無線連接WICED產品組合的一部分。BCM4390 SoC符合IEEE 802.11b/g/n標準,在單一芯片集成了PA和LNA|2.4GHZ RF收發器、通用異步收發器(UART)等,在應用處理器中靈活實現了實時操作系統(RTOS)、網絡協議棧,為低功耗、高性能、互操作性強的無線連接功能奠定了基礎,幫助微控制器嵌入式設備降低功耗、減少成本。


          除了WiFi方案,WICED還不斷發展,2014年6月份,博通發布了適應于物聯網領域的WICED Smart藍牙SoC芯片---BCM20737。新品具有三大特性:支持Bluetooth Smart標準(藍牙4.0及以上)、iBeacon技術,可以加快臨近檢測速度;支持A4WP無線充電;支持RSA 4000比特加密與解密,可以為產品間數據傳輸進行加密。


          【應用場景】: BCM4390適用于8和16比特微控制器系統,幫助低功耗、電池供電的設備實現WiFi連接。BCM4390初步支持的應用包括運動健身、健康以及安防和自動化?;赪ICED平臺的創新技術可以幫助OEM實現利用單一芯片在更小型家用電器上進行連接,包括慢燉鍋、燈具等。BCM20737適用于玩具、醫療設備、遠程控制等方面的實際使用需求,同時對蘋果iBeacon技術的支持使其在區域限定和設備檢測方面具有優勢。


          2.高通Atheros 低功耗單芯片WiFi平臺QCA4002/4004


          QCA4002/QCA4004采用低功耗技術,如動態功率調整Green TX功能,可讓設備在鄰近其他設備或接入點的情況下,減少最多1/2的傳輸功率,搭配睡眠模式,可實現更節能的通信功能。另外,無論用戶開發高端或者低端的應用,平臺都可以滿足需求。


          2013年9月份,高通Atheros 推出低功耗單芯片WiFi平臺QCA4002/4004,以期布局飛速發展的物聯網市場,這也是高通專門為物聯網應用推出的基于802.11n的單芯片平臺。 QCA4002/4004不但在芯片設計上采用一顆單芯片處理器和內存,無需使用其它MCU產品,還同時納入了IP堆棧、軟件中間件架構AllJoyn以及完整的網絡服務,以協助客戶以最低的開發成本,將低功耗WiFi功能增加至任何產品。由于采用的是單芯片設計,這兩個平臺的功耗非常低,而且在2.4G和5G兩個頻段都可以運行。


          QCA4002與QCA4004的區別在于QCA4002是一個子系統,可用于一些要求強大的MCU或高內存的應用場景,通過搭配各種各樣的MCU或內存等來實現。而QCA4004用于一些較低端的應用,內置的CPU可以獨立實現很多應用。


          【應用場景】:QCA4002/4004可應用于家庭和辦公室的各種新設備,包括洗衣機、空調設備、熱水器等家電、消費電子產品以及用于家庭照明、安全和自動化系統的傳感器及智能插座。目前,海爾已在其洗衣機/烘干機和空調設備上采用了QCA4004。


          3.MTK 單芯片wifi soc MT7688/MT7681 為智能家居而設


          MTK宣稱這兩款新品低功耗,支持Smart Connection 智能手機應用程序,可實現照明燈具、智慧電視、智慧門鎖等家電的網絡連接。


          提起MTK,大家最想聯想到的是移動處理器,但其實在物聯網領域,MTK也積極進攻。在2014年6月份舉行的臺北電腦展上,MTK推出了兩款智能家居系統wifi芯片MT7688及MT7681。


          MT7688采用Linux系統,支持802.11n,內建MIPS24KEc/580MHz處理器,256MB內存以及AES128/256加密引擎,可處理更為復雜或數據密集型的智能家居設備,比如IP投影機及家庭監控系統。而MT7681則主要針對如燈泡、門鎖、插座等小型設備,支持802.11n,可輕松為嵌入式設備設計網絡服務,整合電源管理單元、低頻放大器、射頻切換器,所有功能都整合在40針腳的5*5毫米的封裝中。


          【應用場景】: MT7688適合研發較為復雜的智能家居設備,而MT7681適合燈泡、門鎖、插座等小型設備的應用研發。


          4.ST意法半導體 單片藍牙4.0芯片BlueNRG處理器 高能效


          BlueNRG具有同類中最佳的電流消耗、出色的無線鏈路性能和片上非易失性存儲器芯片,不僅耗電量更低,而且體積也更小,更適合應用在穿戴式裝置上。


          2013年,ST發布了集成Cortex M0以及藍牙功能的BlueNRG處理器芯片,內置專用射頻接口、處理器和藍牙固件,支持藍牙4.0標準。BlueNRG能夠讓設計人員靈活地選擇最喜歡的MCU,并配備在外部應用處理器上運行的 Bluetooth Low-Energy協議棧。片上非易失性存儲器可輕松實現固件升級,確保應用始終兼容最新版本的藍牙標準。


          【應用場景】: 新芯片可為健身護腕、智能眼鏡或互動服裝等各種無線智能應用配件實現更長得的電池使用壽命,及更小、更輕的電池尺寸。


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      途游捕鱼达人