BLE Zigbee Wifi低功耗芯片选型策略

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XCODER.

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今天来谈一谈无线芯片的选型，当下无线SoC芯片可选择的余地越来越多，从欧美厂商和国产半导体，那么究竟如何选择合适的无线芯片开发产品，我们从以下几个方面进行考量。

无线技术

当下流行的低功耗无线技术包裹wifi，小无线，LoRa，蓝牙，thread，zigbee，nfc，私有2.4G，NBIoT,2G，3G，4G等等，常用于工厂自动化和智能家居的无线技术包裹Wifi，小无线，BLE，thread，Zigbee，NFC，下图对比这几种不同的无线协议在数据传输带宽，距离和功耗上的优劣。根据使用的场景，应选用合适的方案。

Wifi：Wifi适用于高速视频数据传输，但其功耗较大，目前市面上主流的低功耗wifi芯片较少，内核采用ARM M3或者M4内核，跑简单RTOS，只支持802.15.b/g/n模式，带宽较低，但可以满足干电池供电应用，目前测试到的几家比较好的方案如。

Zigbee：智能家居不二选择，地位在被BLE MESH挑战，但Zigbee 3.0推出之后，各家系统可以互联互通，平台的兼容性比以前好了不少。

Sub1G：因为稳定，传输距离远，可被应用在各种工控领域，TX发射峰值电流较大，但其他时间系统处于休眠模式，故整体功耗低。

NFC：手机必带，公交系统，门禁系统多为RFID，NFC方案所采纳。

LoRa：独有扩频技术，+20dbm发射功率，功耗低，距离远，缺点是带宽利用低，数据吞吐量小。

始终牢记最终用户体验，如果电池失效，即使是最理想的产品也会被抛弃。

所以采用什么供电方式？纽扣电池，干电池，锂电池，长供电？纽扣电池由于其低成本，尺寸和重量而受欢迎。考虑到这些产品的电池寿命是至关重要的，并且纽扣电池只能提供大约5 mA的电流峰值而不会受到损坏。如果驱动更大的电流峰值，电池容量将会受影响。

射频发射功率：蓝牙发射功率较低，通常只支持5dbm发射功率，看规格书指标一般看0dbm发射功率。Zigbee，小无线发射功率可以达到20dbm。（超过20dbm无法通过安规测试）。

MCU运行功耗：因为大家都使用的ARM内核，这块的功耗各家类似，但需要评估MCU从低功耗模式唤醒到全速运行的时间长短，时间越长，功耗越大（这块一般不会写到数据手册内），另外需要评估的是MCU全速工作的主频，主频越高，功耗越大。

下图为几种IoT技术的功耗表现:

除规格书以外，提几个降功耗建议：

相应地调整连接间隔，广告间隔和从属延迟。

将多个小数据包组合成较少的大数据包，以减少RF开销。

考虑在传输之前在本地压缩数据以降低RF吞吐量。

4. 识别可以较慢速率发送或不发送的非关键数据。

内存选择

内存的主要指标 RAM，FLASH，ROM，串行FLASH

RAM：代码中申请的临时变量，全局变量，数组等都是放在RAM当中，RAM的大小会决定改系统的复杂程度，早起的设备如CC2541，Nrf51822其RAM资源较少，会限制蓝牙作为主端的连接个数，也会影响算法的执行效率（通常实时算法会把代码从flash端加载到RAM内运行）。

通常会考虑RAM空间大于20K.(因为原厂的RTOS和协议也会消耗部分RAM空间)。

FLASH：决定程序的关键因素，通常Flash会要求大于256K，常用的在256K-512K之间，有些厂家，比如Nrf52840推出的1M flash，有点略大，可能是针对穿戴设备开发的产品。

ROM：大家可能会有疑问，为什么这里会讲ROM，因为ROM的成本低，有些厂家比如Dialog,TI等厂家会把协议栈放在ROM里面，从而降低芯片制造成本，比如TI公开资料如下所示：

串行FLASH：这个比较有意思，如果IoT的市场经理们去看国产无线芯片和国外无线芯片，可以发现一个有意思的地方，外资企业会集成flash到芯片上，国产半导体的做法是集成串行flash到芯片，或者外挂flash。究其原因，成本！串行flash便宜，用个大容量RAM，把程序从串行flash加载到RAM中运行，成本比直接在片上flash运行成本要低不少。（只是小编在此有一个建议，建议在芯片ROM中考虑对存储于片外flash的固件进行数字签名加密，不然，华强北很容易从客户产品的flash读取固件然后逆向抄板负责产品）。

OTA空中升级

IoT的产品都处于快速迭代期，不是说产品迭代的快，而是软件更新快，bug，更新交互界面，更新控制逻辑，等等，所有的这一切不能指望回收产品拆机处理，一定要考虑无线空中升级的功能需求，给自己的产品留条后路。

说到这里，如何把控空中升级的需求：

空中升级速率：

速率的快慢决定了升级的用户体验，空中传输时间越长，出问题的概率越大，所以，用LoRa的做空中升级难度最大...

内存flash容量：

空中升级可以分为两种升级方式，第一，镜像备份升级，需要固件的两倍的存储空间，新的备份文件首先接收到flash，重启后，利用引导程序，运行新的固件。第二，无镜像升级，进入升级模式后，直接擦除flash内存的应用程序，写入新固件，利用该升级模式需要引导程序支持OTA功能，这样可以避免升级失败导致的产品变砖头。

所以Flash的容量也是需要评估的一个方面，不要一味的降成本，减flash大小。建议flash的容量选用自己应用层的1.5倍到2倍的flash大小的芯片。

多协议融合

当前有产品的应用既用到了蓝牙，又用到了小无线，当然可以使用多芯片在办级做集成，但市面上已经有厂家通过绑定不同原厂的晶园实现多协议融合，一颗"芯片"解决多种协议，个人觉得这是个过渡产品，因为内部多晶园，多MCU同时运行，功耗管理是一大挑战。

目前欧美半导体厂家已经在布局多协议融合，从芯片设计上着手把2.4G和小无线结合在一颗SOC芯片上，通过软件的分时复用来完成多协议功能。相信在可期的未来这是一种趋势。在需要多协议协同应用上可以考虑。根据德州仪器官宣资料显示，CC1352，CC2642芯片已经支持该功能，并且已经把该技术应用于智能门锁应用.

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