國產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)芯片暴露野心：打通2.4GHz頻段的萬物互聯(lián)

近日，奉加微電子2021秋季發(fā)布會暨智能家居論壇在上海市浦東新區(qū)保利·One56泰隆銀行成功召開。本次發(fā)布會，奉加微電子帶來了PHY6226、PHY6227以及PHY6218三大新品，并展示了BLE+Zigbee的互補共存。

三大新品，各有千秋

區(qū)別于傳統(tǒng)芯片，應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的芯片角色更細分，功能更加靈活，除了需要打通物與物之間的連接通道，還需要具備低功耗和抗干擾等能力。

為了應(yīng)對各種各樣的場景需求，奉加微電子CTO張剛指出，物聯(lián)網(wǎng)芯片需要從多協(xié)議支持、超低功耗、算力提升和系統(tǒng)集成SiP四個維度做突破。

據(jù)全球移動通信系統(tǒng)協(xié)會（GSMA）預(yù)測，2025年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（包括蜂窩及非蜂窩）聯(lián)網(wǎng)數(shù)量將達到約246億個，實現(xiàn)真正的萬物互聯(lián)。而在這其中，協(xié)議的復(fù)雜性對于物聯(lián)網(wǎng)芯片部署是一大挑戰(zhàn)，比如2.4GHz頻段內(nèi)就有BLE、ZigBee以及Wi-Fi這幾種。

張剛在此環(huán)節(jié)特別提到了Matter。2021年5月份，Zigbee聯(lián)盟宣布更名為“CSA”（連接標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟），同時發(fā)布新品牌Matter。張剛表示，Matter的出現(xiàn)并不是為了取代Zigbee 3.0，而是在Zigbee、BLE、Z-Wave、Wi-Fi協(xié)議上構(gòu)建一個更高層級的協(xié)議，幫助應(yīng)用端更好地實現(xiàn)互聯(lián)互通。

根據(jù)張剛的介紹，超低功耗特性不僅是為了延長物聯(lián)網(wǎng)終端的使用壽命，也是構(gòu)建“無電池”物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的必要一環(huán)。通過超低功耗、喚醒機制和能量收集，能夠在偏遠地區(qū)和惡劣環(huán)境下構(gòu)建“無源”的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

算力提升讓物聯(lián)網(wǎng)芯片能夠支持更多樣化的場景，有望從終端側(cè)發(fā)動新一輪的信息變革。

對于系統(tǒng)集成SiP，張剛介紹說，這樣的方式能夠讓芯片突破摩爾定律的限制，通過并排和疊加等封裝方式，將芯片、存儲、RLC和傳感器部署在一個封裝中，讓芯片具備更強大的性能表現(xiàn)。

PHY6226、PHY6227以及PHY6218三大新品在性能參數(shù)上很好地詮釋了張剛的說法。

在多協(xié)議支持方面，PHY6226、PHY6227支持ZigBee3.0、Matter和奉加微電子私有2.4G協(xié)議；PHY6218則支持BLE 5.2、ZigBee3.0、SIG-Mesh、Matter和奉加微電子私有2.4G協(xié)議。

在低功耗方面，PHY6226和PHY6227都是采用超低功耗的芯片設(shè)計，采用高效率片上電源管理、低功耗射頻前端、低功耗時鐘產(chǎn)生架構(gòu)、振蕩器快速啟動技術(shù)等電路技術(shù)，實現(xiàn)最低的峰值、平均和休眠功耗，保證常規(guī)200mAH的紐扣電池供電狀態(tài)下能夠持續(xù)工作五年以上。

PHY6226和PHY6227具體的能耗表現(xiàn)如下：

• 0.3μA @ OFF Mode(IO wake up only)
• 1μA @ Sleep Mode with 32KHz RTC
• 13uA @ Sleep Mode with 32KHz RTC and all SRAM retention
• Receive mode: 4mA @3.3V power supply
• Transmit mode: 4.6mA(0dBm output power) @3.3V power supply
• MCU: <60uA/MHz

PHY6218則是采用低功耗設(shè)計，但常規(guī)200mAH的紐扣電池供電狀態(tài)下同樣能夠持續(xù)工作五年以上。

在算力方面，PHY6218搭載了更強大的浮點CPU，能夠支持高清顯示功能。PHY6226和PHY6227則分別搭載了32-bit ARM?Cortex?-M0處理器和阿里平頭哥玄鐵CK802處理器，專為智能家居和組網(wǎng)領(lǐng)域設(shè)計。

最后講到系統(tǒng)集成，PHY6226、PHY6227以及PHY6218三款新品都是系統(tǒng)級芯片，集成了超低功耗的高性能多模射頻收發(fā)機、處理器和可選擇的存儲配置。豐富的配置讓三款新品都能夠適用于物聯(lián)網(wǎng)中的多場景，包括智能穿戴設(shè)備、智能家居、智能照明、智能電表、自拍器、防丟器、遙控器、手機外設(shè)、電子價簽、BLE信標(biāo)、醫(yī)療健康、智能樓宇、智慧工業(yè)。

從BLE+Zigbee到2.4GHz多協(xié)議

本次發(fā)布會上，奉加微電子軟件部VP楊中奇發(fā)表了《IoT多協(xié)議方案技術(shù)分享》的主題演講，主要分享了BLE和ZigBee的技術(shù)對比，以及兩者的共存模式探討。
在過去，人們在探討物聯(lián)網(wǎng)演進路徑的時候，ZigBee可謂是BLE最大的競爭對手之一。自從ZigBee聯(lián)盟制定了ZigBee這一通信規(guī)范之后，憑借著低復(fù)雜度、自組織、低功耗等特性，ZigBee在家庭和工業(yè)自動化等自動控制領(lǐng)域和BLE形成了激烈的競爭。

雖然ZigBee和BLE的Mesh網(wǎng)絡(luò)都是雙向協(xié)議，但前者的靈敏度更高。那么，BLE就真的一無是處了嗎？當(dāng)然不是。楊中奇指出，BLE的第一個優(yōu)勢是其可以和移動設(shè)備（手機、PC和pad）直接連接；BLE的第二優(yōu)勢是能夠提供更多的PHY，具備高速率、遠距離的能力；BLE的第三個優(yōu)勢是擴展廣播的想象空間很大；BLE第四個優(yōu)勢是具備OTA能力。

因此，楊中奇認為，如果能夠?qū)⒏`敏、Mesh網(wǎng)絡(luò)成熟度更高的ZigBee和高速、廣泛存在的BLE進行融合，能夠產(chǎn)生1+1＞2的效果。

在ZigBee和BLE共存模式探討部分，楊中奇講到，單芯片同時支持ZigBee和BLE兩種協(xié)議，能夠減少硬件BOM成本；ZigBee+BLE能夠簡化ZigBee網(wǎng)絡(luò)配置和設(shè)置問題，通過BLE和移動設(shè)備連接，方便操作；并可以通過BLE高速率給ZigBee節(jié)點進行OTA升級。

通過PHY6218這款新品能夠切實地感受到，奉加微電子在積極地推動ZigBee和BLE的融合。該芯片發(fā)射機最大發(fā)射功率達到10dBm；BLE 1Mbps速率下接收機靈敏度達到-97dBm，鏈路射頻預(yù)算107dB@1Mbps；ZigBee 3.0 250Kbps速率下接收靈敏度-100dBm；0dBm時收發(fā)功耗6.7/6.7mA（TX/RX）。此外創(chuàng)新了無需調(diào)制系數(shù)估計的相干解調(diào)（Coherent Demodulation），提供3dB的解調(diào)增益，將通信距離和抗干擾能力提高了數(shù)倍。

楊中奇表示，奉加微電子已經(jīng)具備了BLE+ZigBee全棧的自主研發(fā)能力，從射頻、基帶算法、通信協(xié)議棧都有10多年的經(jīng)驗積累。后續(xù)，奉加微電子將進一步深化自己在2.4GHz頻段的技術(shù)實力，支持更多的2.4GHz協(xié)議，打造場景更加豐富的萬物互聯(lián)。