国产物联网芯片暴露野心：打通2.4GHz频段的万物互联

近日，奉加微电子2021秋季发布会暨智能家居论坛在上海市浦东新区保利·One56泰隆银行成功召开。本次发布会，奉加微电子带来了PHY6226、PHY6227以及PHY6218三大新品，并展示了BLE+Zigbee的互补共存。
 

三大新品，各有千秋

区别于传统芯片，应用于物联网领域的芯片角色更细分，功能更加灵活，除了需要打通物与物之间的连接通道，还需要具备低功耗和抗干扰等能力。
 
为了应对各种各样的场景需求，奉加微电子CTO张刚指出，物联网芯片需要从多协议支持、超低功耗、算力提升和系统集成SiP四个维度做突破。

奉加微电子CTO张刚

 
据全球移动通信系统协会（GSMA）预测，2025年全球物联网设备（包括蜂窝及非蜂窝）联网数量将达到约246亿个，实现真正的万物互联。而在这其中，协议的复杂性对于物联网芯片部署是一大挑战，比如2.4GHz频段内就有BLE、ZigBee以及Wi-Fi这几种。
 
张刚在此环节特别提到了Matter。2021年5月份，Zigbee联盟宣布更名为“CSA”（连接标准联盟），同时发布新品牌Matter。张刚表示，Matter的出现并不是为了取代Zigbee 3.0，而是在Zigbee、BLE、Z-Wave、Wi-Fi协议上构建一个更高层级的协议，帮助应用端更好地实现互联互通。
 
根据张刚的介绍，超低功耗特性不仅是为了延长物联网终端的使用寿命，也是构建“无电池”物联网应用的必要一环。通过超低功耗、唤醒机制和能量收集，能够在偏远地区和恶劣环境下构建“无源”的物联网应用。
 
算力提升让物联网芯片能够支持更多样化的场景，有望从终端侧发动新一轮的信息变革。
 
对于系统集成SiP，张刚介绍说，这样的方式能够让芯片突破摩尔定律的限制，通过并排和叠加等封装方式，将芯片、存储、RLC和传感器部署在一个封装中，让芯片具备更强大的性能表现。
 
PHY6226、PHY6227以及PHY6218三大新品在性能参数上很好地诠释了张刚的说法。
 
在多协议支持方面，PHY6226、PHY6227支持ZigBee3.0、Matter和奉加微电子私有2.4G协议；PHY6218则支持BLE 5.2、ZigBee3.0、SIG-Mesh、Matter和奉加微电子私有2.4G协议。
 
在低功耗方面，PHY6226和PHY6227都是采用超低功耗的芯片设计，采用高效率片上电源管理、低功耗射频前端、低功耗时钟产生架构、振荡器快速启动技术等电路技术，实现最低的峰值、平均和休眠功耗，保证常规200mAH的纽扣电池供电状态下能够持续工作五年以上。
 
PHY6226和PHY6227具体的能耗表现如下：

• 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则是采用低功耗设计，但常规200mAH的纽扣电池供电状态下同样能够持续工作五年以上。
 
在算力方面，PHY6218搭载了更强大的浮点CPU，能够支持高清显示功能。PHY6226和PHY6227则分别搭载了32-bit ARM®Cortex™-M0处理器和阿里平头哥玄铁CK802处理器，专为智能家居和组网领域设计。
 
最后讲到系统集成，PHY6226、PHY6227以及PHY6218三款新品都是系统级芯片，集成了超低功耗的高性能多模射频收发机、处理器和可选择的存储配置。丰富的配置让三款新品都能够适用于物联网中的多场景，包括智能穿戴设备、智能家居、智能照明、智能电表、自拍器、防丢器、遥控器、手机外设、电子价签、BLE信标、医疗健康、智能楼宇、智慧工业。
 

从BLE+Zigbee到2.4GHz多协议

本次发布会上，奉加微电子软件部VP杨中奇发表了《IoT多协议方案技术分享》的主题演讲，主要分享了BLE和ZigBee的技术对比，以及两者的共存模式探讨。

奉加微电子软件部VP杨中奇

 
在过去，人们在探讨物联网演进路径的时候，ZigBee可谓是BLE最大的竞争对手之一。自从ZigBee联盟制定了ZigBee这一通信规范之后，凭借着低复杂度、自组织、低功耗等特性，ZigBee在家庭和工业自动化等自动控制领域和BLE形成了激烈的竞争。
 
虽然ZigBee和BLE的Mesh网络都是双向协议，但前者的灵敏度更高。那么，BLE就真的一无是处了吗？当然不是。杨中奇指出，BLE的第一个优势是其可以和移动设备（手机、PC和pad）直接连接；BLE的第二优势是能够提供更多的PHY，具备高速率、远距离的能力；BLE的第三个优势是扩展广播的想象空间很大；BLE第四个优势是具备OTA能力。
 
因此，杨中奇认为，如果能够将更灵敏、Mesh网络成熟度更高的ZigBee和高速、广泛存在的BLE进行融合，能够产生1+1＞2的效果。
 
在ZigBee和BLE共存模式探讨部分，杨中奇讲到，单芯片同时支持ZigBee和BLE两种协议，能够减少硬件BOM成本；ZigBee+BLE能够简化ZigBee网络配置和设置问题，通过BLE和移动设备连接，方便操作；并可以通过BLE高速率给ZigBee节点进行OTA升级。
 
通过PHY6218这款新品能够切实地感受到，奉加微电子在积极地推动ZigBee和BLE的融合。该芯片发射机最大发射功率达到10dBm；BLE 1Mbps速率下接收机灵敏度达到-97dBm，链路射频预算107dB@1Mbps；ZigBee 3.0 250Kbps速率下接收灵敏度-100dBm；0dBm时收发功耗6.7/6.7mA（TX/RX）。此外创新了无需调制系数估计的相干解调（Coherent Demodulation），提供3dB的解调增益，将通信距离和抗干扰能力提高了数倍。
 
杨中奇表示，奉加微电子已经具备了BLE+ZigBee全栈的自主研发能力，从射频、基带算法、通信协议栈都有10多年的经验积累。后续，奉加微电子将进一步深化自己在2.4GHz频段的技术实力，支持更多的2.4GHz协议，打造场景更加丰富的万物互联。