Geschrieben von RF-star Senior Advisor XCODER (ein We-Media Essayist)

Derzeit gibt es immer mehr Optionen für drahtlose SoC-Chips, von den europäischen und amerikanischen Herstellern bis hin zu den heimischen Halbleitern. Wie wählt man einen geeigneten Wireless-Chip für die Produktentwicklung aus? Folgende Aspekte sind zu berücksichtigen.

Kabellose Technologie:

Zu den derzeit beliebten drahtlosen Low-Power-Technologien gehören Wi-Fi, kleines WLAN, LoRa, Bluetooth, Thread, ZigBee, NFC, Private 2.4G , NB-IoT, 2G, 3G, 4G usw., Die in der Fabrikautomation und im Smart Home häufig verwendeten drahtlosen Technologien, einschließlich Wi-Fi, Small Wireless, BLE , Faden, ZigBee, NFC. Die folgende Abbildung vergleicht die Vor- und Nachteile dieser verschiedenen Funkprotokolle in Bezug auf Datenübertragungsbandbreite, Entfernung und Stromverbrauch. Je nach Nutzungsszenario sollte eine geeignete Lösung gewählt werden,

W-lan: Wi-Fi eignet sich für die Hochgeschwindigkeits-Videodatenübertragung, der Stromverbrauch ist jedoch relativ hoch. Derzeit gibt es weniger Mainstream-WLAN-Chips mit geringem Stromverbrauch auf dem Markt. Der Kern verwendet ARM M3- oder M4-Kern, der einfaches RTOS ausführt und nur den 802.11b/g/n-Modus mit geringer Bandbreite unterstützt, aber die Anwendung einer Trockenbatteriestromversorgung erfüllen kann.

ZigBee: Die beste Wahl für Smart Home, der Status wird von BLE MESH in Frage gestellt. Aber nach der Einführung von ZigBee 3.0 lassen sich verschiedene Systeme miteinander verbinden und die Kompatibilität der Plattform ist deutlich besser als zuvor.

Unter-1G: Aufgrund seiner Stabilität und langen Übertragungsdistanz kann es in verschiedenen industriellen Steuerungsbereichen eingesetzt werden. Der TX-Spitzenstrom ist groß, aber das System befindet sich zu anderen Zeiten im Ruhemodus. Somit ist der Gesamtstromverbrauch gering.

NFC: Die Funktion ist, welche Mobiltelefone mitgeführt werden müssen. Öffentliche Verkehrssysteme und Zugangskontrollsysteme werden meist von RFID- und NFC-Lösungen übernommen.

LoRa: Einzigartige Spread-Spectrum-Technologie, +20 dBm Sendeleistung, geringer Stromverbrauch, große Reichweite, der Nachteil ist die geringe Bandbreitennutzung und der geringe Datendurchsatz.

Energieverbrauch

Denken Sie immer an die Erfahrung der Endbenutzer. Wenn die Batterie ausfällt, wird selbst das idealste Produkt aufgegeben.

Welche Art von Stromversorgungsmethode kann verwendet werden? Knopfzelle, Trockenbatterie, Lithiumbatterie? Knopfzellen sind aufgrund ihrer geringen Kosten, ihrer geringen Größe und ihres geringen Gewichts beliebt. Bedenkt man, dass die Batterielebensdauer dieser Produkte entscheidend ist und die Knopfzelle nur einen Spitzenstrom von etwa 5 mA liefern kann, ohne Schaden zu nehmen. Wenn Sie eine größere Stromspitze fahren, wird die Batteriekapazität beeinträchtigt.

HF-Sendeleistung: Die Sendeleistung von Bluetooth ist unruhig. In der Regel werden nur 5 dBm Sendeleistung unterstützt, beziehen sich im Allgemeinen auf 0 dBm Sendeleistung laut Spezifikation. ZigBee, kleine drahtlose Sendeleistung kann 20 dBm erreichen. (Mehr als 20 dBm können den Sicherheitstest nicht bestehen).

Betriebsstromaufnahme der MCU: Da der gleiche ARM-Kern des drahtlosen SoC verwendet wird, ist der Stromverbrauch ähnlich. Es ist jedoch notwendig, die MCU-Laufzeit vom Aufwachstatus vom Energiesparmodus bis zum Betrieb mit voller Geschwindigkeit zu bewerten. Je länger die Zeit, desto höher der Stromverbrauch. Außerdem ist es notwendig, die MCU-Hauptfrequenz mit voller Geschwindigkeit auszuwerten. Je höher die Hauptfrequenz, desto höher die Leistungsaufnahme.

Die folgende Abbildung zeigt die Leistungsaufnahme der verschiedenen IoT-Technologien:

Zusätzlich zu den Spezifikationen werden mehrere Vorschläge zur Reduzierung des Stromverbrauchs gegeben:

1. Passen Sie das Verbindungsintervall, das Werbeintervall und die Slave-Verzögerung entsprechend an.

2. Kombinieren Sie mehrere kleine Datenpakete zu weniger großen Datenpaketen, um den HF-Overhead zu reduzieren.

3. Ziehen Sie in Erwägung, die Daten vor der Übertragung lokal zu komprimieren, um den HF-Durchsatz zu reduzieren.

4.Identifizieren Sie unkritische Daten, die langsamer gesendet werden können oder nicht.

Speicherauswahl

Hauptindikatoren des Speichers: RAM, FLASH, ROM, serieller FLASH

RAM: Die im Code angewendeten temporären Variablen, globalen Variablen, Arrays usw. werden alle im RAM abgelegt. Die Größe des RAM bestimmt die Komplexität des Systems. Frühe Geräte wie CC2541 und nRF51822 haben weniger RAM-Ressourcen, was die Anzahl der BLE-Verbindungen als Master begrenzt und sich auch auf die Ausführungseffizienz des Algorithmus auswirkt (normalerweise lädt ein Echtzeitalgorithmus den Code zur Ausführung vom Flash in den RAM).

Normalerweise müssen Sie RAM-Speicherplatz von mehr als 20 KB berücksichtigen. (Weil RTOS und Protokoll auch etwas RAM-Speicherplatz belegen).

BLITZ: Der Schlüsselfaktor bestimmt das Programm. Normalerweise benötigt Flash mehr als 256K, und die am häufigsten verwendete ist zwischen 256K und 512K. Einige Hersteller, wie der 1M-Blitz von nRF52840 , sind etwas größer und vielleicht die für tragbare Geräte entwickelten Produkte.

Rom : Sie haben vielleicht die Frage, warum hier ROM erwähnt wird? Da die Kosten für ROM niedrig sind, sind einige Hersteller wie Dialog, TI und andere Hersteller werden den Protokollstapel im ROM platzieren, um die Kosten der Chipherstellung zu reduzieren. Die öffentlichen Informationen von TI lauten beispielsweise wie folgt:

Serieller FLASH: Das ist interessanter. Wenn IoT-Marktmanager sich inländische und ausländische Wireless-Chips ansehen, können sie den interessanten Punkt finden. Übersee-Halbleiter werden Flash in den Chip integrieren. Heimische Halbleiter integrieren seriellen Flash in den Chip oder externen Flash. Der Grund sind die Kosten! Serieller Flash ist billig. Die Verwendung eines RAM mit großer Kapazität zum Laden des Programms vom seriellen Flash in den RAM ist viel niedriger als die Kosten für die direkte Ausführung auf dem On-Chip-Flash. (XCODER hat hier einen Vorschlag. Es wird empfohlen, die im Off-Chip-Flash im Chip-ROM gespeicherte Firmware digital zu signieren und zu verschlüsseln. Andernfalls ist es für die Piraten leicht, die Firmware aus dem Flash des Kundenprodukts auszulesen und Kopieren Sie dann das Produkt in umgekehrter Reihenfolge.)

OTA-Upgrade

Die Produkte des IoT befinden sich in einer Phase der schnellen Iteration. Es bedeutet nicht, dass die Produktiteration schnell ist, sondern dass die Software schnell aktualisiert wird, einschließlich Fehlern, der Aktualisierung der interaktiven Benutzeroberfläche, der Aktualisierung der Steuerlogik usw. All dies kann nicht erwarten, dass die Produkte recycelt und dann zerlegt werden. Wir müssen die funktionalen Anforderungen des drahtlosen OTA-Upgrades berücksichtigen und einen Weg für das Upgrade für unsere Produkte freigeben.

So steuern Sie die Nachfrage nach OTA-Upgrades:

Flugpreis während des Upgrades:

Die Geschwindigkeit bestimmt die Erfahrung des Benutzers mit dem Upgrade. Je länger die Luftübertragungszeit, desto größer die Wahrscheinlichkeit von Problemen. Daher ist es am schwierigsten, LoRa für Luft-Upgrades zu verwenden.

Speicher-Flash-Kapazität:

Das Over-the-Air-Upgrade kann in zwei Upgrade-Methoden unterteilt werden. Erstens benötigt das Image-Backup-Upgrade den doppelten Speicherplatz der Firmware. Die neue Sicherungsdatei wird zuerst empfangen und im Flash gespeichert, und das Bootprogramm wird verwendet, um die neue Firmware nach dem Neustart auszuführen. Zweitens gibt es kein Image-Upgrade. Löschen Sie nach dem Aufrufen des Upgrade-Modus direkt die Firmware im Flash-Speicher und schreiben Sie die neue Firmware. Dieser Upgrade-Modus erfordert, dass das Boot-Programm die OTA-Funktion unterstützt, wodurch verhindert werden kann, dass das Produkt durch den Upgrade-Fehler zu Blöcken wird.

Daher ist auch die Flash-Kapazität ein Aspekt, der bewertet werden muss. Reduzieren Sie nicht blind die Kosten und reduzieren Sie die Blitzgröße. Es wird empfohlen, dass die Flash-Kapazität das 1,5- bis 2-fache der Flash-Größe der eigenen Anwendungsschicht betragen sollte.

Multiprotokoll-Integration

Die aktuellen Produktanwendungen verwenden sowohl Bluetooth als auch Small Wireless. Natürlich können auch Multichips zur Integration verwendet werden. Es gibt jedoch bereits Hersteller auf dem Markt, die eine Multiprotokollintegration durch das Binden von Wafern verschiedener Originalhersteller erreicht haben. Ein Chip löst mehrere Protokolle . Ich denke, das ist ein Übergangsprodukt. Aufgrund der internen mehreren Wafer und mehreren gleichzeitig laufenden MCUs ist das Energiemanagement eine große Herausforderung.

Derzeit setzen europäische und amerikanische Halbleiterhersteller bereits die Multiprotokoll-Integration ein, beginnend beim Chip-Design, das 2.4G und Small Wireless auf einem einzigen SoC-Chip kombiniert und die Multiprotokoll-Funktionen durch Software-Time-Division-Multiplexing vervollständigt. Ich glaube, das ist ein Trend in absehbarer Zeit. Es kann in Betracht gezogen werden, wenn kollaborative Anwendungen mit mehreren Protokollen erforderlich sind. Laut der offiziellen Ankündigung von Texas Instruments , das CC1352 und CC2652 Chips unterstützen diese Funktion bereits, und die Technologie wurde auf intelligente Türschlossanwendungen angewendet.