Stastita[1]預(yù)測(cè)，到2025年，物聯(lián)網(wǎng)裝置數(shù)量將超過750億，遠(yuǎn)超過聯(lián)合國(guó)所預(yù)測(cè)之2025年全球?qū)⑦_(dá)81億人口的數(shù)量[2]。物聯(lián)網(wǎng)可能是科技公司的最大推動(dòng)能量之一。物聯(lián)網(wǎng)裝置最重要的特點(diǎn)可能是連網(wǎng)。
無線連網(wǎng)裝置透過射頻無線電、天線和相關(guān)電路將電訊號(hào)轉(zhuǎn)換為電磁波，反之亦然。設(shè)計(jì)人員有兩個(gè)選擇可實(shí)現(xiàn)該電路：a)使用射頻晶片組並設(shè)計(jì)相關(guān)的射頻部分；b)使用已經(jīng)安裝的射頻晶片組和相關(guān)射頻部分的模組。在本文中，我們將比較這兩種方法，並幫助設(shè)計(jì)人員做出明智的決定。
使用晶片組和模組的射頻
採(cǎi)用晶片組方式實(shí)現(xiàn)的射頻是由射頻IC、天線、巴倫和濾波器、配對(duì)網(wǎng)路、晶振、以及其他無源元件所組成。圖一是使用意法半導(dǎo)體的BlueNRG BLE SoC的參考實(shí)現(xiàn)原理圖。
使用模組方法要簡(jiǎn)單許多。與圖一相同的電路也可以使用現(xiàn)成的模組來實(shí)現(xiàn)。圖二是意法半導(dǎo)體的BlueNRG-M2SA模組的腳位分配和內(nèi)部框圖。該模組是使用BlueNRG-2 SoC和相關(guān)電路實(shí)現(xiàn)的。
| 圖二 : BlueNRG-M2SA腳位分配和內(nèi)部架構(gòu)圖 |
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晶片組與模組的比較
在選擇合適的方式時(shí)，要考慮三個(gè)主要層面： (a)上市時(shí)間、(b)認(rèn)證、(c)成本。我們將針對(duì)各種面向進(jìn)行回顧，以便從邏輯上了解。
上市時(shí)間
使用晶片組設(shè)計(jì)射頻的步驟如下
1.設(shè)計(jì)原理圖和配置
2.透過PCB製造商開發(fā)PCB板、焊板
3.微調(diào)無源元件之?dāng)?shù)值，以優(yōu)化性能
4.訂購(gòu)模組所有元件，然後生產(chǎn)出模組
5.RF測(cè)試和認(rèn)證
晶片組設(shè)計(jì)的射頻幾乎需要花費(fèi)3 - 6個(gè)月時(shí)間。它還需要多種資源，如射頻設(shè)計(jì)師、供應(yīng)鏈和多個(gè)服務(wù)合作夥伴，如PCB製造商和EMS公司。該方法適用於大量生產(chǎn)，但不適用於原型製作和小量生產(chǎn)。
模組則是為快速上市而設(shè)計(jì)的。使用模組增加連線功能不需要具備任何RF專業(yè)知識(shí)。無線連線比較簡(jiǎn)單，就像一個(gè)模組化的隨插即用的元件，因?yàn)樵O(shè)計(jì)師得到一個(gè)現(xiàn)成的射頻，模組化的實(shí)現(xiàn)非常快。因此，設(shè)計(jì)人員可以非常快速地將自己的產(chǎn)品推向市場(chǎng)。這對(duì)於原型製作和小量生產(chǎn)尤其重要。
認(rèn)證
幾乎任何電子裝置都要經(jīng)過通用放射測(cè)試。此外，配有射頻的元件也被視為有意放射體。因此，它們需要額外的認(rèn)證，以確保其放射功率不會(huì)超過允許值，或干擾其他裝置或頻段。在這方面，沒有全球通用的認(rèn)證，每個(gè)國(guó)家或地區(qū)都有自己的標(biāo)準(zhǔn)。通常這些標(biāo)準(zhǔn)是相似的，但它們?nèi)匀恍枰高^申請(qǐng)和相關(guān)過程。
此外，大多數(shù)射頻技術(shù)（如BLE、Wi-Fi或GPRS）都必須符合特定組織制定的標(biāo)準(zhǔn)。所以，它們也要通過這些認(rèn)證。
讓我們透過意法半導(dǎo)體的BlueNRG SoC和BlueNRG-M2SA 模組瞭解認(rèn)證。
藍(lán)牙低功耗裝置需要通過藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（管理藍(lán)牙商標(biāo)使用的機(jī)構(gòu)）的認(rèn)證。它們還需要獲得不同國(guó)家和地區(qū)的RF認(rèn)證。一些國(guó)家和地區(qū)確定的認(rèn)證有FCC（美國(guó)）、RED（歐洲）、WPC（印度）、IC（加拿大）、SRCC（中國(guó)）、以及Type（日本）。
由於模組已經(jīng)經(jīng)過測(cè)試並被認(rèn)證為輻射裝置，透過模組實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)無需再進(jìn)行輻射裝置認(rèn)證，其將被視為另一種電子裝置。下面是晶片組方法和模組化方法的成本比較。
認(rèn)證
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項(xiàng)目
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晶片組
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模組
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預(yù)估節(jié)省之成本
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藍(lán)牙
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測(cè)試
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8000
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0
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8000 €
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列表
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8000
|
8000
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CE
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安全
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3500
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3500
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2000 €
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EMC
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2500
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2500
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RF
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3500
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1500
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FCC
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4000
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1500
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2500 €
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認(rèn)證過程耗時(shí)、繁瑣且成本高昂。如果產(chǎn)量夠大，就可透過規(guī)模經(jīng)濟(jì)來分?jǐn)偝杀荆珜?duì)小量產(chǎn)品來說，成本攤提過高。
費(fèi)用
本文已經(jīng)討論了成本的一些要素。一般來講，成本包括
- 電路設(shè)計(jì)成本
- 設(shè)計(jì)人員成本、供應(yīng)鏈成本和生產(chǎn)成本
- 認(rèn)證成本
- 機(jī)會(huì)成本
一般來說，如果年產(chǎn)量超過10-15萬個(gè)，或者產(chǎn)品的形狀不允許採(cǎi)用專用模組，這些成本是合理的。
意法半導(dǎo)體提供的模組
意法半導(dǎo)體是世界領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，生產(chǎn)各種低功耗射頻元件和模組。意法半導(dǎo)體提供的射頻晶片組和相關(guān)模組可參見下表
技術(shù)
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IC
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模組
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說明
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BLE
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BlueNRG-MS網(wǎng)路處理器
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BlueNRG-M0A
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全功能 / 低功耗
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BlueNRG-M0L
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低成本
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BlueNRG-2應(yīng)用處理器
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BlueNRG-M2SA
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全功能 / 低功耗
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BlueNRG-M2SP
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Low Cost
低成本
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RF SubGhz 433MHz, 868Mhz, 915Mhz
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SPIRIT1 radio
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SPSGRF-868/915
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內(nèi)建天線
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SPSRFC-433/868/915
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UFL連接器，用於外部天線
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需要慎重考慮的是，上述提及的所有晶片組和模組均已納入10年長(zhǎng)期供貨計(jì)畫。這意味著，如果一家公司在其設(shè)計(jì)中使用了這些元件，那麼意法半導(dǎo)體將從產(chǎn)品推出之日起的10年內(nèi)持續(xù)提供這些元件，或提供完全相容的替代品。
結(jié)論
如果終端設(shè)備的形狀不能適應(yīng)模組或產(chǎn)量非常大，則應(yīng)採(cǎi)用晶片組方法以期實(shí)現(xiàn)合理的設(shè)計(jì)成本、生產(chǎn)成本和認(rèn)證成本。如果公司希望專注於自己的核心競(jìng)爭(zhēng)力並避免射頻設(shè)計(jì)的麻煩，模組化方法應(yīng)該是首選。模組化方法也是原型製作和小批量生產(chǎn)的首選。如本文所述，意法半導(dǎo)體是低功率射頻技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，為各種應(yīng)用場(chǎng)景提供廣泛的晶片組和模組。
(本文作者Vishal GOYAL為意法半導(dǎo)體南亞與印度區(qū)技術(shù)行銷經(jīng)理)
[1] https://www.statista.com/statistics/471264/iot-number-of-connected-devices-worldwide/
[2] https://www.usatoday.com/story/news/world/2013/06/13/un-world-population-81-billion-2025/2420989/
