世強Silicon labs方案助力無(wú)線(xiàn)抄表從模塊到終端的

這是要“穿越”的節奏嗎?在無(wú)線(xiàn)抄表領(lǐng)域，Silicon Labs(芯科實(shí)驗室)的射頻收發(fā)器Si4432由于其具有極高的接收靈敏度和業(yè)界領(lǐng)先的的輸出功率，素有“穿墻王”之稱(chēng)。今天，Si4432的升級版本——Si4438又將助力無(wú)線(xiàn)抄表業(yè)者從芯片——(模塊)——終端的“穿越”!對此，您也許會(huì )感到迷惑，不過(guò)，這只是一個(gè)開(kāi)始，迷霧即將揭開(kāi)!

Si4438專(zhuān)為中國智能電表量身定制

中國正加速電網(wǎng)升級以實(shí)現更加“綠色”的智能電網(wǎng)，其中用于居民和企業(yè)的智能電表是電網(wǎng)改造的關(guān)鍵所在。據Pike Research咨詢(xún)公司的最新報告顯示，中國智能電表的安裝數量將從2012年的1.39億臺增長(cháng)到2020年的3.77億臺。智能電表在中國電表市場(chǎng)的占有量將于2020年之前達到74%。如此廣闊的市場(chǎng)空間促使Silicon Labs專(zhuān)門(mén)針對中國智能電表市場(chǎng)量身定制了Si4438。

雖然Silicon Labs 并不是第一家進(jìn)入中國智能電表市場(chǎng)的廠(chǎng)商，但是其憑借Si4432的高性?xún)r(jià)比，在無(wú)線(xiàn)抄表領(lǐng)域占據了三分之一的市場(chǎng)份額，被冠以“穿墻王”的美譽(yù)。而在剛剛過(guò)去的2013年度EDN China創(chuàng )新獎評選活動(dòng)中，Silicon Labs于今年3月份專(zhuān)門(mén)針對中國智能電表市場(chǎng)推出的Si4432的升級版本Si4438 EZRadioPRO無(wú)線(xiàn)收發(fā)器又榮獲網(wǎng)絡(luò )類(lèi)最佳產(chǎn)品獎。

“EDNChina創(chuàng )新獎?wù)蔑@了Si4438在市場(chǎng)上的成功， 這說(shuō)明了其廣受中國工程師的肯定。之所以說(shuō)Si4438收發(fā)器是為中國智能電表市場(chǎng)量身定制，是因為其專(zhuān)為425-525MHz ISM頻段設計，符合嚴格的中國智能電表470-510MHz頻段操作監管要求。”來(lái)自Silicon Labs授權代理商世強的產(chǎn)品經(jīng)理陳建華指出。

定制帶來(lái)的一個(gè)最顯著(zhù)的好處就是降低了成本，同時(shí)其相對于Si4432，Si4438性能上也有所提升。下圖1比較了Si4432和Si4438。

圖1. si4432 VS. Si4438

由上圖可以看出，在幾個(gè)重要特性上，Si4438相比Si4432都有所提升。最大傳輸速率由256kbps上升到500kbps;待機電流由450nA降低到50nA;接收靈敏度由-121dBm(1.2kbps)提高到-124dBm(500bps)。所以，如果您正在研究新的設計或是要降低無(wú)線(xiàn)抄表模塊的成本，Si4438無(wú)疑是不二之選。

極佳的距離和性能優(yōu)勢

“客戶(hù)在選擇產(chǎn)品時(shí)最關(guān)心的性能參數是接收靈敏度，輸出功率，功耗和傳輸距離，從下圖2可以看出，和同類(lèi)競爭產(chǎn)品相比， Si4438在上述這些性能指標方面都更勝一籌。” 陳建華表示。

圖2. 極佳的距離和性能優(yōu)勢

利用高效的片上功率放大器(PA)，Si4438 IC通過(guò)提供+20dBm輸出功率、-124dBm靈敏度、114dB鏈路預算和58dB臨近通道抑制等規格特性，可為智能電表延長(cháng)傳輸距離并提供可靠的通信鏈路。同時(shí)，內置的分集式天線(xiàn)和跳頻支持可進(jìn)一步擴展傳輸距離、增強無(wú)線(xiàn)性能。由于分集式天線(xiàn)緊密集成到Si4438收發(fā)器，因此可以提高系統鏈路預算8~10dB，即使在惡劣的環(huán)境條件下也可以有效延長(cháng)傳輸距離。

“我們無(wú)法給出具體的傳輸距離，因為它往往受到環(huán)境的影響，在樓宇林立等多障礙物環(huán)境下與空曠環(huán)境下的傳輸距離會(huì )不一樣。但是可以這么算，系統鏈路預算每提高6dB，傳輸的距離就能遠一倍。我們產(chǎn)品的系統鏈路比市場(chǎng)同類(lèi)產(chǎn)品多出不止6個(gè)dB，可想而知我們產(chǎn)品的傳輸距離能延伸多少。” 陳建華指出。

最低功耗和物料(BOM)成本

功耗和成本始終是無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品所要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。Si4438無(wú)線(xiàn)收發(fā)器是專(zhuān)為中國智能電表市場(chǎng)設計，其高性能、超低功耗和高集成度的特性能延長(cháng)無(wú)線(xiàn)傳輸距離和電池壽命，同時(shí)降低智能電表30%的物料成本，是針對中國智能電表市場(chǎng)的最具能效的sub-GHz無(wú)線(xiàn)解決方案。

圖3. 最低功耗和物料(BOM)成本

上圖3所示，Si4438無(wú)線(xiàn)收發(fā)器具有50nA休眠/待機電流，比中國市場(chǎng)上同類(lèi)收發(fā)器產(chǎn)品低40倍。在50nA休眠模式，Si4438收發(fā)器可以在短短的450µs時(shí)間內轉換到接收(RX)或發(fā)送(TX)模式。處于工作模式時(shí)，其TX電流消耗在 20dBm為75mA，RX電流消耗為14mA，加上超低待機電流和快速喚醒時(shí)間，使功耗敏感型無(wú)線(xiàn)應用的電池壽命最大化。在相同的產(chǎn)品運行周期中，可減少電池更換次數和/或電池尺寸。

由于Si4438收發(fā)器具有高性能和高集成度，因此無(wú)需為無(wú)線(xiàn)應用添加片外功率放大器(PA)、低噪聲放大器(LNA)或表面聲波(SAW)濾波器等器件，從而大大降低BOM成本(與市場(chǎng)同類(lèi)解決方案相比可減少30%)。

片上PA可用于補償低成本天線(xiàn)性能，而其他產(chǎn)品則需要更大、成本更高的片外PA以獲得同等性能。集成的溫度傳感器、上電復位電路和GPIO進(jìn)一步降低了系統成本和電路板尺寸。因為集成了FIFO、包處理器等技術(shù)幫助卸載主MCU任務(wù)，所以Si4438可與低成本MCU、晶振和少量被動(dòng)組件組合構建出具有成本效益的無(wú)線(xiàn)系統。另外，其4mm×4mm封裝尺寸也是同類(lèi)產(chǎn)品中最小的，最大限度地減小了電路板面積。

與Si446x EZRadioPRO收發(fā)器引腳兼容

在Si4438之前Silicon Labs還推出了Si446x EZRadioPRO收發(fā)器，該系列產(chǎn)品是為全球部署智能電表和智能電網(wǎng)產(chǎn)品而設計的sub-GHz ISM頻段產(chǎn)品。Si4438能與Si446x系列產(chǎn)品引腳兼容以及軟件兼容。這也就意味著(zhù)，如果系統廠(chǎng)商先前就有針對國外智能電表方案的話(huà)，可以很簡(jiǎn)單地就轉移到中國智能電表方案上來(lái)，其中只需要做芯片的替換以及頻段的修改。

圖4. 與Si446x EZRadioPRO收發(fā)器引腳兼容

“Si4438與Si446x系列產(chǎn)品相比具有更低的成本，兩者引腳兼容和軟件兼容的特性能讓系統廠(chǎng)商很容易地就從一個(gè)已有的方案切換到新的方案，移植成本低、時(shí)間短，有利于加快產(chǎn)品上市時(shí)間。” 陳建華說(shuō)道。

此外，為了幫助開(kāi)發(fā)人員加速智能電表產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，加速上市時(shí)間，Silicon Labs提供一系列硬件和軟件開(kāi)發(fā)工具，例如基于F930主板的4438-490-PDK開(kāi)發(fā)套件，它包括兩個(gè)基于C8051F930 MCU的主板、為425-525MHz頻段而優(yōu)化的兩個(gè)RF pico-board和兩個(gè)天線(xiàn)，可以輕松構建無(wú)線(xiàn)連接。另外還有基于GUI的無(wú)線(xiàn)開(kāi)發(fā)套件(WDS)軟件可自動(dòng)生成示例代碼，使開(kāi)發(fā)人員快速直觀(guān)地創(chuàng )建和開(kāi)發(fā)可靠、具有成本效益的無(wú)線(xiàn)應用，而且無(wú)需或僅需很少的專(zhuān)業(yè)RF設計、配置經(jīng)驗。

“design-in”——世強助力無(wú)線(xiàn)抄表設計

雖然Si4438是為中國智能電表而生，但是，其也非常適用于水表、氣表和熱表應用。

據陳建華介紹，2011年我國水表的需求量近6500萬(wàn)只，而且還在以每年約10%的速度增長(cháng)，同時(shí)每年約有6%的舊水表需要更換。目前在中國大約有600家水表生產(chǎn)企業(yè)，包括60多個(gè)品種，300多個(gè)規格。而到2015年中國燃氣表的總需求量可達到3500-3700萬(wàn)臺左右，其中智能燃氣表約占總需求量的 50%-55%左右。智能四表(水、電、氣、熱)的市場(chǎng)規模巨大，而無(wú)線(xiàn)抄表又將逐漸成為智能抄表市場(chǎng)的主流。

面對如此巨大的無(wú)線(xiàn)抄表市場(chǎng)，世強作為Silicon Labs在中國大陸的主要代理商，將參與到客戶(hù)的“design-in”中。世強有專(zhuān)門(mén)的FAE團隊幫助客戶(hù)設計。例如，從原理圖開(kāi)始，世強就會(huì )幫助客戶(hù)檢查原理圖，檢查PCB的layout，幫助調試板子，和客戶(hù)一起推進(jìn)產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)度。

Si4438使得無(wú)線(xiàn)抄表設計變得簡(jiǎn)單容易，成本更低，加上世強在服務(wù)客戶(hù)方面更偏重于在技術(shù)方面的支持。這就使得文章開(kāi)頭所提到的無(wú)線(xiàn)抄表業(yè)者從芯片——(模塊)——終端的‘穿越’變成現實(shí)?，F在，終端廠(chǎng)商不只可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)模組來(lái)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，還可以直接從芯片開(kāi)始進(jìn)行設計。

“無(wú)論客戶(hù)處于產(chǎn)業(yè)鏈的哪個(gè)環(huán)節，也無(wú)論客戶(hù)采用怎樣的方式開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，世強都將堅持以客戶(hù)為中心的服務(wù)理念，基于客戶(hù)需求，向客戶(hù)提供專(zhuān)業(yè)的、真正有價(jià)值的服務(wù)。幫助客戶(hù)改善產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現產(chǎn)品創(chuàng )新、壓縮生產(chǎn)周期和成本，贏(yíng)得競爭。” 陳建華最后表示。