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面向物联网系统的ST连接芯片组或模块可破解射频设计难题

作者:Vishal GOYAL,技术营销经理,南亚和印度地区,意法半导体时间:2020-05-09来源:电子产品世界澳门太阳城娱乐开户登入

引言

本文引用地址:http://amtycylkhdr.238pt.com/article/202005/412861.htm

Stastita[1]预测,到2025年,物联网设备数量将超过750亿,远远超过联合国预测的2025年全球81亿人口数量[2]。物联网可能是科技公司的最大推动力量之一。物联网设备最重要的特点便是联网。

无线联网的设备通过射频无线电、天线和相关电路将电信号转换为电磁波反之亦然。设计人员有两个选择可实现该电路:a)使用射频组并设计相关的射频部分;b)使用已经安装了射频组和相关射频部分的。在本文中,我们将比较这两种方法,并帮助设计人员做出明智决定。

使用组和的射频部分

采用芯片组方式实现的射频部分由射频IC、天线、巴伦和滤波器、匹配网络、晶振、以及其他无源器件组成。下面是使用意法半导体的 BlueNRG  BLE SoC的参考实现原理图。

image.png

1BlueNRG-2 参考原理图

使用方法的实现要简单得多。与图1相同的电路也可以使用现成的模块来实现。下面是意法半导体的BlueNRG-M2SA模块的引脚分配和内部框图。该模块是利用BlueNRG-2 SoC和相关电路实现的。

image.png

图2:BlueNRG-M2SA引脚分配和内部框图

芯片组方法与模块方法的比较

在选择合适的方法时,要考虑三个主要方面:a)上市时间,b)认证,c)成本。我们将对每个方面进行回顾,以便从逻辑上理解透彻。

上市时间

使用芯片组设计射频部分的步骤如下:

i)   设计原理图和布板

ii)   请PCB制造商制板

iii)   焊板

iv)   微调无源器件的值,以优化性能

v)   订购模块的所有组件,然后生产出模块

vi)   RF测试和认证

基于芯片组设计的射频部分几乎要花费3 - 6个月时间。它还需要多种资源,如射频设计师、供应链和多个服务合作伙伴,如PCB制造商和EMS公司。该方法适用于大批量生产,但不适用于原型制作和小批量生产。

模块则是为快速上市而设计的。使用模块添加连接不需要具备任何RF专业知识。无线连接比较简单,就像一个模块化的即插即用组件,因为设计师得到一个现成的射频部分,模块化的实现非常快。因此,设计人员可以非常快速地将自己的产品推向市场。这对于原型制作和小批量生产尤其重要。

认证

几乎任何电子设备都要经过通用放射测试。此外,配有射频部分的器件也被视为有意放射体。因此,它们需要额外的认证,以确保它们放射的功率不会超过允许值,或干扰其他设备或频段。在这方面,没有全球通用的认证,每个国家或地区都有己的标准。通常这些标准是相似的,但是它们仍然需要通过申请和相关过程。

此外,大多数射频技术(如BLE、Wi-Fi或GPRS)都必须符合特定组织制定的标准。所以,它们也要通过这些认证。例如, 意法半导体的 BlueNRG  SoC和 BlueNRG-M2SA  模块的认证过程。

蓝牙低功耗设备需要通过蓝牙技术联盟(管理蓝牙标志使用的机构)的认证。它们还需要获得不同国家和地区的RF认证。一些国家和地区确定的认证有FCC(美国)、RED(欧洲)、WPC(印度)、IC(加拿大)、SRCC(中国)、以及Type(日本)。

由于模块已经经过测试并被认证为辐射装置通过模块实现的设计无需再做辐射装置认证可被视为所用模块的派生设备。下面是芯片组方法和模块化方法的成本比较。

认证

项目

基于

芯片组

基于

模块

预计

节约

蓝牙

测试

8000

0

8000 €

列表

8000

8000

CE

安全

3500

3500

2000 €

EMC
EMC

2500

2500

RF
RF

3500

1500

FCC

4000

1500

2500 €

认证过程耗时、繁琐且成本高昂。如果产量够大,可以通过规模经济来分摊成本,但对小批量产品来说,分摊成本过高。

费用

本文已经讨论了成本的一些要素。一般来讲,成本包括

-       电路设计成本

-       设计人员成本、供应链成本和生产成本

-       认证成本

-       机会成本

一般来说,如果年产量超过100-150K件,或者产品的形状不允许采用专用模块,这些成本是合理的。

意法半导体提供的模块

意法半导体是世界领先的半导体公司,生产各种低功耗射频器件和模块。意法半导体提供的射频芯片组和相关模块见下表


技术

IC

模块

说明

BLE

BlueNRG-MS

网络处理器

BlueNRG-M0A
BlueNRG-M0A

全功能

低功耗

BlueNRG-M0L
BlueNRG-M0L

低成本

BlueNRG-2

应用处理器

BlueNRG-M2SA
 
BlueNRG-M2SA

全功能

低功耗

BlueNRG-M2SP
BlueNRG-M2SP

低成本

RF SubGhz 433MHz, 

868Mhz, 915Mhz

SPIRIT1

小无线

SPSGRF-868/915
SPSGRF-868/915

内置天线

SPSRFC-433/868/915
SPSRFC-433/868/915

UFL连接器,

用于外部天线

一个需要考虑的非常重要的方面是,上面提到的所有芯片组和模块均已纳入10年长期供货计划。这意味着如果一家公司在其设计中使用了这些组件,那么意法半导体将从产品发布之日起的10年内持续提供这些组件,或提供完全兼容的替代品。

image.png

结论

如果终端设备的形状不能适应模块或产量非常大,则应采用芯片组方法以期实现合理的设计成本、生产成本和认证成本。如果公司希望专注于自己的核心竞争力并避免射频设计的麻烦,模块化方法应该是首选。模块化方法也是原型制作和小批量生产的首选。如本文所述,意法半导体是低功率射频技术领域的领军企业,为各种应用场景提供广泛的芯片组和模块。

[1] https://www.statista.com/statistics/471264/iot-number-of-connected-devices-worldwide/

[2] https://www.usatoday.com/story/news/world/2013/06/13/un-world-population-81-billion-2025/2420989/



关键词: 芯片 模块

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