世强&Silicon Labs研讨会助推物联网关键应用落地

图1. 世强2014创新技术巡回研讨会深圳站一瞥。

从某种意义上说，这是一场关于物联网（IoT）产品与技术创新的专业盛会，来自双方的资深技术专家亲临现场，以物联网应用为主线，串起了Silicon Labs极具优势的低功耗MCU、高性能传感器、高灵敏度无线收发器及任意频点可编程时钟技术等。

“或许大家还没有意识到，我们所做的产品很多其实已经跟物联网相关联。物联网是基于互联网的发展和延伸，越来越多的终端正在不断融入这个巨大的网络，给我们电子产业带来众多的发展机会和技术挑战。”研讨会主持人——世强市场经理张园根一席开场白直切主题。

相比很多处于概念阶段的物联网产品和技术，Silicon Labs公司已经在不断地推出成熟技术和产品，携手世强助推各种物联网应用“落地”。据悉，该公司每年有超过10%的营收是来自物联网应用。

8位/32位超低功耗MCU齐头并进

MCU是发展物联网不可缺少的核心技术，例如在物联网的感知层，移动终端的体积越来越小，速度越来越快，电池寿命越来越长……这就要求MCU不光要“嵌入”，还要低功耗。对Energy Micro的收购，强化了Silicon Labs的低功耗嵌入式的设计能力。Energy Micro拥有业界最低功耗的32位微控制器产品——EFM32，其最低待机功耗只有900nA。

Silicon Labs亚太地区MCU高级市场营销经理彭志昌在演讲中指出：“与现今市场上排在前10位的其他低功耗微控制器相比，基于Cortex M0的EFM32消耗的能量仅为其他同类8-bit、16-bit 或32-bit 微控制器的四分之一，堪称微控制器领域省电的王者。”

如下图2所示为EFM32 MCU的产品选择，按内核分为3大类：M0+、M3、M4。其中以M3的系列最为丰富，从低端到高端有4个系列，包括：Tiny，Gecko，Leopard，Giant。高端还可以支持TFT和USB功能，最大flash可以支持1Mb。最小封装有QFN24。

图2. 世强提供丰富的EFM32产品选择和技术支持。

“从M0+到M4，所有型号的EFM32 MCU都是软件兼容的，不同型号之间，相同后缀名可以pin-to-pin兼容，所以对于后续平台的升级非常方便。”彭志昌指出。

虽然收购Energy Micro令Silicon Labs的MCU部门增加了250种ARM Cortex-M处理器EFM32 Gecko，但Silicon Labs并没有放弃经典的8位8051架构产品线，这为客户提供了更加灵活的选择。

本次大会上，世强的资深技术工程师杨波介绍了100MIPS的8位MCU创新设计与应用。Silabs 8bit MCU是高度集成的混合信号系统级芯片，具有与8051兼容的CIP-51微控制器内核，指令集与MCS-51完全兼容。如下图3所示为Silabs MCU的产品分类，包括：低功耗系列、USB功能系列、常规系列、汽车级系列、高性能混合模拟及无线MCU系列。

图3. Silabs MCU的产品分类。

“最早的MCS51内核，一般一个指令周期至少需要12个时钟周期，所以运算速度相对来说比较慢。而Silicon Labs加载了独特的指令结构，实行流水线操作，其70%的指令只需要1到2个时钟周期就可以完成，所以速度达到25MIPS～100MIPS，并且在整个电压范围内全速运行。”杨波指出。

高性能、低功耗（业界最低Sleep Mode电流10nA，Active Mode电流160uA/MHz）、强大的模拟特性（集成高分辨率16位ADC和12位DAC，高精度振荡器）和高集成度（USB & Wireless；MCU + Wireless收发器）是Silicon Labs 8bit MCU最主要的优势特性。

尽管世强能给客户提供的既有32位ARM Cortex-M微控制器，又有经典的8位MCU 8051。但光有了这些“硬菜”还不够，为了简化用户的开发流程，Silicon Labs发布了Simplicity Studio开发平台，并于今年3月份更新了最新版本。最新版Simplicity Studio同时支持Silicon Labs的32位EFM32 Gecko微控制器和8位MCU的开发，并集成了基于Eclipse的集成开发环境（IDE），支持32位和8位嵌入式系统。

众多产品选择、良好的软硬件兼容，专业的技术支持让客户的平台切换、产品开发更简单，大大减少开发工作，缩短开发周期……世强的MCU产品优势不胜枚举。

实现万物互联的丰富传感器选择

如果说MCU是物联网中控制系统的大脑，那么大脑将要通过各种各样的传感器来获得数据。Silicon Labs的传感器目前涵盖温湿度，红外接近，环境光，手势感应，电压电流，以及全球首款单芯片紫外线传感器等，能满足众多的物联网传感器需求，并且新产品还在不断推出。

图4. Silicon Labs的传感器产品概览。

Si11xx 紫外线指数、环境光和接近/手势传感器是研讨会上世强专家重点介绍的产品。这是Silicon Labs在今年2月份推出的业界首款适用于智能手机和可穿戴式产品的单芯片数字紫外线(UV)指数传感器IC，设计旨在检测UV光照强度、心脏/脉搏速率、血氧饱和度，以及提供接近/手势控制等。

传统的UV传感器由对UV敏感的光电二极管、外置的微控制器(MCU)、模数转换器(ADC)以及信号处理固件组成。Silicon  Labs首先将所有这些功能集成到单芯片解决方案中，超小的2mm x 2mm封装有助于减小最终设计的尺寸且降低物料清单(BOM)成本。

UV指数传感器的超低功耗架构可帮助用户采用更小电池实现更薄的可穿戴式设计，在每秒一次的UV测量速率下平均电流低至1.2μA，有效的延长了电池寿命。在功耗显著低于同类产品条件下，传感器也提供了更大的灵敏度和感应距离。凭着单一的25.6μs红外光LED工作时间，高灵敏度的IR传感器能够在移动感应和手势识别应用中明显延长电池寿命，同时保持长达50cm的感应距离。此外，LED电流动态调整也进一步降低了系统功耗。

Si1132是全球首款单芯片数字紫外线指数传感器，具有工业标准的I²C接口可读取数字化的UV指数数据。Si1145/46/47 UV和IR接近/环境光传感器，根据型号提供单、双、三个LED驱动器集成选项，可为手势识别提供15级可选择的驱动等级。

此外，世强专家还介绍了Silicon  Labs的Si701x/2x温湿度传感器，如下图中的智能家居传感模块中就有用到。

图5. 世强展示的智能家居传感模块。

无线网络技术侧重SUB-G和Zigbee

对于实现万物互联必须具备的无线网络技术，世强的关注点在于SUB-G和Zigbee技术。如下图6所示的Zigbee Demo和Si4438无线收发模块就在展会现场吸引了众多工程师围观。

图6. 世强展示的Zigbee Demo和Si4438无线收发模块。

使用CMOS的RF技术一直是Silicon Labs的强项，其被广泛应用于广播、电视、接口电路等应用。但是由于空白频段技术尚未兴起，想要涉足物联网领域，Silicon Labs还需要发展新的协议下的无线技术。Silicon Labs收购的Ember公司正是智能仪表和家庭区域网络（HAN）产品的ZigBee技术世界领先供应商，同时作为ZigBee联盟的领袖，他还具有业内最优秀的协议栈，可以支持成千上万个节点并避免网路阻塞等状况的发生。在代码应用方面都有完整的协议包，方便用户按需调用。收购为Silicon Labs增添了Ember ZigBee无线SoC产品线和相应的工具，包括EM35x SoC和网路协同处理器（NCP）产品以及EmberZNet PRO软件。

今年3月份，EM35x SoC又添新成员——EM358x SoC产品系列，EM358x SoC产品系列提供了额外的Flash和RAM存储容量选项，满足更大、更复杂的智能能源和家庭自动化设计需求。

EM35x和EM358x ZigBee芯片是业内领先的基于 ARM Cortex-M3 的ZigBeeSoC系列，其可在一个紧凑的封装内提供无与伦比的性能、功耗和代码密度。EM35x和EM358x 系列结合了一个 2.4 GHz IEEE 802.15.4 无线电收发器与一个 32 位微处理器、闪存和 RAM，具有受硬件支持的强大的网络级调试功能。这些设备结合了 ARM 工具的强大生态系统，使 OEM 可以简化开发过程，并缩短上市时间。

而在SUB-GHz方面， Silicon Labs的新型Si4438 EZRadioPRO产品为中国智能电表量身定做，是中国智能电表市场上最节能的sub-GHz无线解决方案，所提供的睡眠/待机电流（50nA，寄存器内容保持）比同类收发器低40倍。

利用高效的片上功率放大器(PA)，Si4438 IC通过提供+20dBm输出功率、-124dBm灵敏度、114dB链路预算和58dB临近通道抑制等规格特性，可为智能电表延长传输距离并提供可靠的通信链路。同时，内置的分集式天线和跳频支持可进一步扩展传输距离、增强无线性能。由于分集式天线紧密集成到Si4438收发器，因此可以提高系统链路预算8~10dB，即使在恶劣的环境条件下也可以有效延长传输距离。

特别值得一提的还有Si4010 发射解决方案，相比竞争对手解决方案，其外部只需接一个电容器。

图7. Si4010 发射解决方案外部只需接一个电容。

在时钟方面的创新

时钟被喻为电子系统的心脏，在物联网中，自然也少不了这方面的创新。基于CMEMS（CMOS+MEMS）技术的MEMS振荡器，可以说是Silicon Labs最显著的技术创新之一。通过结合MEMS和CMOS两者的最好特性，CMEMS可编程振荡器能够为成本和功耗受限的嵌入式、工业和消费类电子应用提供最佳的通用型振荡器解决方案，最终成为优秀的石英晶体振荡器（XO）替代解决方案。CMEMS相比XO的优势如下：
1、针对成本、空间和功耗敏感型应用的通用振荡器；
2、定制样片交付时间少于2周；
3、直接替换晶体振荡器 (XO) ；
4、在客户现场使用现场编程器立即定制样片；
5、高稳定性和可预见性供应链；
6、在全温度范围、撞击、震动等环境下，具有10年的高稳定频率输出；
7、性能与XO相比，在震动、撞击、温度和老化环境下更可靠。

Silicon Labs时钟产品集包含所有构建强大、可靠的系统时钟树所需的模块。如下图8所示，世强提供一站式时钟产品的采购。“从图中的金字塔可以看到，除了顶尖的产品，比如原子钟、铯子钟，TXO、UXO目前还没有涉及，而像去抖时钟，XO、VCXO，包括X86的时钟等，世强都能提供，您只需要告诉我们你的时钟频点参数需求，剩下的我们帮你完成！”Silicon Labs Silicon Labs高级现场应用工程师罗林全表示。

图8. 世强提供一站式时钟采购服务。

把脉物联网技术大趋势，帮助客户成功

以上介绍的MCU、传感器、无线收发器及任意频点可编程时钟技术只是世强&Silicon Labs物联网解决方案的一部分。事实上，物联网是一个庞大而多样化的市场，需要混合信号技术、最大能源效率和多样化产品，所有对于物联网（IoT）应用核心半导体器件的要求都可以归结为：高集成、高性能、低功耗、种类多、体积小、速度快等，在IoT这个令人激动的应用中，需要无线、低功耗 MCU、电源、传感器、软件和开发工具的全方位支持。

正如研讨会主持人总结道，“世强在过去20年中不断进行企业能力建设，不断进行市场和技术创新以开拓新的业务领域，致力于帮助客户成功。把脉物联网技术大趋势，未来世强将携手Silicon Labs为中国厂商提供更多最具竞争优势的创新产品和技术方案。”