현재 유럽 및 미국 제조업체에서 국내 반도체에 이르기까지 무선 SoC 칩에 대한 옵션이 점점 더 많아지고 있습니다. 제품 개발에 적합한 무선 칩을 선택하는 방법은 무엇입니까? 다음과 같은 측면을 고려해야 합니다.

무선 기술:

현재 널리 사용되는 저전력 무선 기술로는 Wi-Fi, 소형 무선, LoRa, Bluetooth, Thread, ZigBee, NFC, Private 2.4G , NB-IoT, 2G, 3G, 4G 등이 있습니다. Wi-Fi, 소형 무선, BLE , Thread, ZigBee, NFC 를 포함한 공장 자동화 및 스마트 홈 . 다음 그림은 데이터 전송 대역폭, 거리 및 전력 소비 측면에서 이러한 서로 다른 무선 프로토콜의 장단점을 비교합니다. 사용 시나리오에 따라 적절한 솔루션을 선택해야 합니다.

Wi-Fi: Wi-Fi는 고속 비디오 데이터 전송에 적합하지만 소비 전력이 상대적으로 높습니다. 현재 시장에는 주류 저전력 Wi-Fi 칩이 적습니다. 코어는 간단한 RTOS를 실행하는 ARM M3 또는 M4 코어를 사용하고 802.11b/g/n 모드, 낮은 대역폭만 지원하지만 건식 배터리 전원 공급 장치의 애플리케이션을 충족할 수 있습니다.

ZigBee: 스마트 홈의 최선의 선택, BLE MESH에 의해 지위가 도전받고 있습니다. 하지만 ZigBee 3.0 출시 이후 다양한 시스템을 연동할 수 있고 플랫폼의 호환성도 전보다 훨씬 좋아졌다.

Sub-1G: 안정성과 긴 전송 거리로 인해 다양한 산업 제어 분야에서 사용할 수 있습니다. TX 피크 전류는 크지만 다른 시간에는 시스템이 절전 모드에 있습니다. 따라서 전체 전력 소비가 낮습니다.

NFC: 휴대폰을 휴대해야 하는 기능입니다. 대중 교통 시스템 및 액세스 제어 시스템은 대부분 RFID 및 NFC 솔루션에 의해 채택됩니다.

LoRa: 고유한 확산 스펙트럼 기술, +20dBm 전송 전력, 낮은 전력 소비, 장거리, 단점은 낮은 대역폭 활용 및 낮은 데이터 처리량입니다.

전력 소비

항상 최종 사용자의 경험을 염두에 두십시오. 배터리가 고장나면 가장 이상적인 제품도 포기하게 됩니다.

어떤 종류의 전원 공급 방법을 사용할 수 있습니까? 코인 셀, 건전지, 리튬 전지? 코인 셀은 비용이 저렴하고 크기가 작으며 가볍기 때문에 널리 사용됩니다. 이러한 제품의 배터리 수명이 중요하다는 점을 고려하면 코인 셀은 손상 없이 약 5mA의 피크 전류만 제공할 수 있습니다. 더 큰 전류 피크를 구동하면 배터리 용량에 영향을 미칩니다.

RF 송신 전력: Bluetooth의 송신 전력이 안정적으로 낮습니다. 일반적으로 5dBm 전송 전력만 지원되며 일반적으로 사양에 따라 0dBm 전송 전력을 참조합니다. ZigBee, 작은 무선 전송 전력은 20dBm에 도달할 수 있습니다. (20dBm 이상은 안전 테스트를 통과할 수 없습니다.)

MCU 동작 전력 소모량 : 무선 SoC와 동일한 ARM 코어를 사용하기 때문에 전력 소모량은 서로 비슷하다. 그러나 저전력 모드에서 최대 속도로 동작할 때까지 웨이크업 상태에서 MCU 실행 시간을 평가할 필요가 있습니다. 시간이 길수록 전력 소비가 커집니다. 또한 MCU 주 주파수를 최대 속도로 평가할 필요가 있습니다. 주 주파수가 높을수록 전력 소비가 커집니다.

다음 그림은 여러 IoT 기술의 전력 소비 성능을 보여줍니다.

사양 외에도 전력 소비를 줄이기 위한 몇 가지 제안 사항이 제공됩니다.

1. 연결 간격, 광고 간격 및 슬레이브 지연을 적절하게 조정하십시오.

2. 여러 개의 작은 데이터 패킷을 더 적은 수의 큰 데이터 패킷으로 결합하여 RF 오버헤드를 줄입니다.

3. RF 처리량을 줄이기 위해 전송 전에 데이터를 로컬로 압축하는 것을 고려하십시오.

4. 더 느린 속도로 보낼 수 있거나 보낼 수 없는 중요하지 않은 데이터를 식별합니다.

메모리 선택

메모리의 주요 지표: RAM, FLASH, ROM, 직렬 플래시

RAM: 코드에 적용된 임시 변수, 전역 변수, 배열 등은 모두 RAM에 저장됩니다. RAM의 크기는 시스템의 복잡성을 결정합니다. CC2541 및 nRF51822 와 같은 초기 장치에는 RAM 리소스가 적기 때문에 마스터로서의 BLE 연결 수가 제한되고 알고리즘의 실행 효율성에도 영향을 미칩니다(일반적으로 실시간 알고리즘은 플래시에서 RAM으로 코드를 로드하여 달리다).

일반적으로 20K보다 큰 RAM 공간을 고려해야 합니다. (RTOS와 프로토콜도 일부 RAM 공간을 차지하기 때문입니다.)

플래시: 핵심 요소가 프로그램을 결정합니다. 일반적으로 Flash는 256K 이상이 필요하며 일반적으로 사용되는 것은 256K ~ 512K입니다. nRF52840 에서 출시한 1M 플래시와 같은 일부 제조업체는 약간 더 크고 웨어러블 장치용으로 개발된 제품일 수 있습니다.

ROM : 여기서 ROM이 언급되는 이유가 궁금하실 수 있습니다. ROM의 비용이 낮기 때문에 Dialog, TI 및 기타 제조업체와 같은 일부 제조업체는 칩 제조 비용을 줄이기 위해 프로토콜 스택을 ROM에 넣습니다. 예를 들어 TI의 공개 정보는 다음과 같습니다.

직렬 플래시: 이것은 더 흥미롭습니다. IoT 시장 관리자들은 국내외 무선 칩을 살펴보면 흥미로운 점을 발견할 수 있다. 해외 반도체는 플래시를 칩에 통합할 예정이다. 국내 반도체는 시리얼 플래시를 칩이나 외장 플래시에 통합한다. 이유는 다 비용 때문! 직렬 플래시는 저렴합니다. 직렬 플래시에서 RAM으로 프로그램을 로드하기 위해 대용량 RAM을 사용하면 온칩 플래시에서 직접 실행하는 비용보다 훨씬 저렴합니다. (XCODER는 여기에 제안이 있습니다. 칩 ROM의 오프칩 플래시에 저장된 펌웨어를 디지털 서명하고 암호화하는 것을 고려하는 것이 좋습니다. 그렇지 않으면 해적이 고객 제품의 플래시에서 펌웨어를 읽고 그런 다음 제품을 반대로 복사하십시오.)

OTA 업그레이드

IoT의 제품은 빠른 반복 기간에 있습니다. 이는 제품 반복이 빠르다는 의미가 아니라 버그, 대화형 인터페이스 업데이트, 제어 논리 업데이트 등을 포함하여 소프트웨어가 빠르게 업데이트된다는 것을 의미합니다. 이러한 모든 제품을 재활용한 다음 분해할 수는 없습니다. 무선 OTA 업그레이드의 기능적 요구 사항을 고려하고 제품을 업그레이드할 수 있는 방법을 남겨두어야 합니다.

OTA 업그레이드 요구를 제어하는 ​​방법은 다음과 같습니다.

업그레이드 중 공기 요금:

속도는 사용자의 업그레이드 경험을 결정합니다. 공기 전송 시간이 길수록 문제의 가능성이 커집니다. 따라서 LoRa를 사용하여 공중 업그레이드를 수행하는 것이 가장 어렵습니다.

메모리 플래시 용량:

무선 업그레이드는 두 가지 업그레이드 방법으로 나눌 수 있습니다. 첫째, 이미지 백업 업그레이드는 펌웨어 저장 공간의 2배가 필요합니다. 새로운 백업 파일을 먼저 받아 플래시에 저장하고, 재부팅 후 부트 프로그램을 사용하여 새로운 펌웨어를 실행합니다. 둘째, 이미지 업그레이드가 없습니다. 업그레이드 모드로 들어간 후 플래시 메모리의 펌웨어를 직접 지우고 새 펌웨어를 씁니다. 이 업그레이드 모드에서는 업그레이드 실패로 인해 제품이 벽돌이 되는 것을 방지할 수 있는 OTA 기능을 지원하는 부팅 프로그램이 필요합니다.

따라서 플래시의 용량도 평가가 필요한 부분이다. 맹목적으로 비용을 줄이고 플래시 크기를 줄이지 마십시오. 플래시 용량은 자체 애플리케이션 계층 플래시 크기의 1.5~2배가 되어야 합니다.

다중 프로토콜 통합

현재 제품 응용 프로그램은 Bluetooth와 소형 무선을 모두 사용합니다. 물론 통합을 위해 멀티 칩을 사용할 수 있습니다. 그러나 이미 시장에는 다른 제조업체의 웨이퍼를 바인딩하여 다중 프로토콜 통합을 달성한 제조업체가 있습니다. 하나의 칩이 여러 프로토콜을 해결합니다 . 나는 이것이 과도기적 제품이라고 생각합니다. 동시에 실행되는 내부 다중 웨이퍼 및 다중 MCU로 인해 전력 관리가 큰 과제입니다.

현재 유럽 및 미국 반도체 제조업체는 칩 설계부터 시작하여 단일 SoC 칩에 2.4G 및 소형 무선을 결합하고 소프트웨어 시분할 다중화를 통해 다중 프로토콜 기능을 완성하는 다중 프로토콜 통합을 이미 배치하고 있습니다. 나는 이것이 가까운 미래의 추세라고 생각합니다. 다중 프로토콜 협업 애플리케이션이 필요할 때 고려할 수 있습니다. Texas Instruments 의 공식 발표에 따르면 CC1352 및 CC2652 칩은 이미 이 기능을 지원하고 있으며 이 기술은 스마트 도어록 애플리케이션에 적용되었습니다 .