利用MCU 解决方案加速无线连接
多年来,持续互联网连接背后的技术基础是由互联网服务提供商或蜂窝网络运营商所提供的。但现在无线连接技术正在成为我们快速发展的互联世界的关键支柱。这些技术正在推动通信速度、范围和集成的边界,因为更小尺寸、更低功耗和新协议特性等功能增加了无线应用的数量。
我们都熟悉蓝牙和 Wi-Fi 无线技术,但它们并不能满足所有连接需求。例如,有时我们需要用于基础设施的远程链接,同时你可能需要用于本地控制和网络的短程链接。例如,sub-1-GHz 频段中无线电信号的物理特性可能使它们更适合这些应用。
与以往任何时候相比,越来越多的人和事物变得越来越互联,德州仪器 ( Texas Instrument) 的目标是提供连接任何事物的自由和灵活性。德州仪器关于无线连接如何让我们从远程工作到家庭教育快速适应并保持生产力的观点在“为不断变化的世界加速无线连接”一文中得到了更全面的解释。
推动无线连接市场发展的因素以及企业如何满足不断增长的连接需求,可以在视频“Wireless for All”中看到。 德州仪器负责其 sub-1-GHz 和 2.4-GHz 产品的业务线经理讨论了无线连接的设计以及他们看到的无线连接中的牵引力和增长机会。视频观看地址
据分析公司称,2021 年的整体半导体需求增长高于预期,尤其是低功耗无线微控制器 (MCU) 的出货量预计将在未来四年翻一番。 MCU 的大量涌入将为无线连接带来比以往更多的机会,包括低功耗蓝牙、Zigbee、Thread、Matter、Sub-1-GHz、Wi-SUN 和 Amazon Sidewalk在内的广泛应用和技术的增长。
通过增加 16 款新型无线连接器件,德州仪器使设计人员能够创新、扩展和加速无线连接的部署——无论他们使用什么连接方式或以何种方式连接。
主要无线协议对比
现在让我们详细的了解这些标准协议(图 1)。这些标准将重塑我们在无线领域的思维方式,并推动连接技术的发展。
图1. 主流无线协议图表比较。 (来源:TI)
低功耗蓝牙 (BLE) 是一种基于标准的协议,可实现不同设备和产品之间的互操作性。德州仪器的 BLE 或双模蓝牙设备支持全系列的蓝牙 5 .0标准,例如高速、远距离、蓝牙网状网络、测向、多协议支持等。 德州仪器的无线微控制器 (MCU) 产品组合提供灵活的内存、性能、封装和成本选项,其特性包括:
引脚对引脚和软件兼容性
高达 704 kB 的可扩展外设和闪存
支持高达 105°C 的片上系统或模块
Zigbee 是一种基于标准的无线网状网络,广泛应用于楼宇自动化、照明、智慧城市、医疗和资产跟踪。10 多年来,德州仪器一直是 Zigbee 联盟的发起人成员,提供具有最新标准的堆栈交付。 德州仪器的 Zigbee 产品组合提供极低功耗的网状解决方案,可在整个工业温度下实现多年纽扣电池使用或无电池运行。
Thread 是一种基于 IPv6 的无线个人区域网状网络协议,专为家庭和楼宇自动化而设计。 Thread 使智能锁、恒温器和其他传感器或执行器设备能够与现有的基于云的基础设施和数字助理无缝集成。探索 德州仪器在 SimpleLink 系列无线 MCU 上的 OpenThread,提供低于 0.85μA 的睡眠电流
Matter 以前称为 IP 家庭互联项目 (CHIP),是在连接标准联盟(前身为 Zigbee 联盟)内开发的连接标准。 Matter 运行在 Thread 和 Wi-Fi 网络层,并使用 BLE 进行调试。通过提供基于成熟技术的统一应用层,制造商可以利用这种开源协议来加速他们的开发。
Matter 还提高了消费者的兼容性,并在快速扩展的物联网生态系统中实现了互操作性,以便来自不同制造商的智能开关、智能集线器和智能恒温器可以在家中协同工作。 Matter 通过减少特定于 Amazon Alexa、Apple Siri 或 Google Assistant 等生态系统的功能来简化开发人员体验,这些功能可能会限制互操作性,以便终端设备在任何生态系统内进行通信和控制。
10 多年来,德州仪器一直是连接标准联盟的发起人成员、Thread Group 贡献者成员、Wi-Fi 联盟贡献者成员以及 Matter 的早期采用者,正在积极参与开发工作。
Wi-SUN 无线 MCU 和收发器:在智能电网和智能城市应用中,远距离、可靠的网状拓扑对于创建比其他拓扑更抗干扰的广域网至关重要。自愈网状网络提供了额外的网络冗余。今年,德州仪器首次部署了 Wi-SUN 堆栈。德州仪器的 Wi-SUN 解决方案包括引脚对引脚兼容的无线 MCU 系列,可为具有数千个节点的大型室外网络提供低功耗、经济高效的通信。
Amazon Sidewalk 是一个共享网络,可帮助 Amazon Echo 设备、Ring 安全、户外灯和运动传感器等产品在家里和前门之外更好地工作。 Amazon Sidewalk 可以扩展低带宽设备的范围并确保免费订阅互联网连接。启用后,Sidewalk 可以为你的最终产品解锁独特的优势,支持社区中的其他 Sidewalk 设备,甚至为新的创新打开大门,例如定位连接到 Sidewalk 的物品。
Amazon Sidewalk 就是一个有利于低于 1 GHz 技术的例子。此外,今年还成立了 MIOTY 联盟,作为 MIOTY LPWAN(低功耗广域网)解决方案的管理机构,用于大规模网络。
德州仪器Amazon Sidewalk 工具包提供你开始开发支持 Amazon Sidewalk 的设备所需的一切。该工具包包括开发所需的 德州仪器工具(硬件、软件和文档)以及亚马逊开发者网站的直接链接。
无线 MCU 的优势
除了楼宇自动化和家庭自动化设备外,资产跟踪器、消费类可穿戴设备和远程安全系统等产品需要 MCU 平台的各种功能,医疗领域和基于位置的终端设备也是如此。选择无线 MCU 时,你不仅要为当前设计选择平台和无线电,还要为未来的设计做准备。 德州仪器的产品组合涵盖尖端技术和直观的开发工具和软件,可促进具有正确功能的任何设备的连接。
随着需求的发展或最终产品的增加,更新设备和软件以跟上无线环境的发展变得困难。因此,最好选择既适用于第一代产品又适用于下一代产品的无线 MCU。
例如,在大型公寓楼的安全系统中,多个无线设备协同工作以保护居民。如图 2 所示,需要一系列无线 MCU 来满足设计中的各种内存、功率和成本要求。
图2. 大型公寓楼的建筑安全系统。 (来源:TI)
在图 2 示例大型公寓楼的安全系统中,多个无线设备协同工作以保护居民,如“使用 2.4-GHz 和 Sub-1-GHz 频段的 16 个新无线 MCU 无缝连接你的世界”中所述,其中包括有关 德州仪器将于 2021 年发布的 16 款无线 MCU 的更多详细信息。借助这些新产品,你可以从具有 352 kB 闪存的 sub-1-GHz 或 2.4-GHz 产品到高达 704 kB 的闪存,同时保持相同的封装尺寸和应用编程接口。
SimpleLink 解决方案的更多详细信息
联网设备开发商正面临各方压力,要求尽快将产品推向市场。通过使用 SimpleLink 解决方案,你可以从嵌入式模块、IoT 云生态系统、广泛的互操作性测试、可转让认证和许多开发工具中获得帮助。
随着连接设备和在线用户数量的不断增加,对嵌入式安全的需求变得至关重要。为保护最终用户的资产,德州仪器的 SimpleLink 无线 MCU 集成了大量基于软件和硬件的多层安全功能,提供工具来帮助保护产品免受本地数据包嗅探、中间人服务器仿真、通过 OTA 进行的恶意收购更新、远程文件操作、数据和软件盗窃、知识产权 (IP) 克隆等等。
德州仪器拥有广泛的软件产品以配合这些部件中的每一个。此外,还有引脚对引脚兼容性选项可供客户从产品组合的低端迁移到更全面的无线 MCU,该 MCU 基本上可以将应用程序与协议栈放在一个硅片部件中。
SimpleLink MCU 软件开发工具包 (SDK) 是一整套经过验证、完整记录的驱动程序、堆栈和代码示例。它使工程师能够使用 德州仪器的 SimpleLink 连接 MCU 系列开发创新和差异化的应用。使用来自 德州仪器的基于 Arm Cortex-M 的 MCU 快速有效地开发新应用程序所需的一切都包含在 SDK 中,从驱动程序和通信堆栈到操作系统内核。
SimpleLink MCU SDK 还具有通用组件和特定于设备的中间件,以加快上市时间并在整个 SimpleLink MCU 设备产品组合中提供统一的开发体验。
任何人都可以让两个节点在一定距离内相互通信,但你能否将其扩展到成功的大型部署? 德州仪器是最早在蓝牙 SIG 联盟中推动 BLE 的公司之一,在十几年前就有了第一款蓝牙 SIG 产品。同时,还在 2009 年拥有第一个 Zigbee 产品。
因此,德州仪器处于推动更新标准的前沿就不足为奇了。将无线技术的发展与适当水平的硬件产品、开发工具和 RF 专业知识相结合,可以加快产品上市速度。