王浪 發表於 2017-11-25 13:46:48
為滿足家居自動化和儀表對能效的需求，Silicon Laboratories (芯科實驗室有限公司，簡稱Silicon Labs)日前宣布推出業界最低功耗單晶片無線微控制器（MCU）。Silicon Labs新推出的超低功耗Si10xx無線MCU（Si1000/1/2/3/4/5,Si1010/1/2/3/4/5）系列產品能充分滿足電池供電家居自動化系統、智能儀表、室內監測和安全系統對於功耗和RF的需求。
Si10xx系列產品在5mm×7mm大小的封裝內，集成了高性能、超低功耗的CIP-51TM內核8位單片機C8051F9XX，以及Silicon Labs固有的EZRadioPRO系列RF收發器,僅需要少量外圍元件及PCB面積就能組成高性能無線收發系統。其MCU包含高達25MIPS的處理器，64kB的Flash，低功耗電源處理模塊，豐富的數字外設如SPI、SMBUS、UART總線，PCA輸出陣列，多組定時器，以及模擬外設如具有300KSPS採樣速度的10位ADC模塊、溫度傳感器、比較器等等。而RF部分最高20DBM的發射功率，-121DBm的靈敏度，使系統擁有了高達的141DB鏈路預算，從而達到了比同類產品幾倍的有效工作距離。可以說，Si10xx系列產品提供了目前業界最高性能的單晶片無線MCU解決方案
Si10xx家族產品內建了低功耗混合信號片上系統型的MCU。具有優異的性能、豐富的資源及外設。見圖FIGURE1.1 主要特性如下：
■單節/雙節電操作，內建DC-DC升壓型轉換器
■高速、流水線結構的與8051兼容的微控制器核（可達25MIPS）
■全速、非侵入式的在系統調試接口（片內）
■真10位、300ksps、23通道單端ADC，帶模擬多路器
■6位可編程電流基準
■高精度可編程的24.5MHz內部振蕩器（使用擴頻技術）
■64KB或32KB的片內FLASH存儲器
■4352位元組片內RAM
■硬體實現的SMBus/I2C、增強型UART和兩個SPI串行接口
■4個通用的16位定時器
■具有6個捕捉/比較模塊和看門狗定時器功能的可編程計數器/定時器陣列（PCA）
■硬體實時時鐘（smaRTClock），工作電壓可低至0.9V
■硬體CRC引擎
■片內上電復位、VDD監視器和溫度傳感器
該MCU FLASH存儲器具有在系統重新編程能力，可用於非易失性數據存儲，並允許現場更新8051固件。用戶軟體對外設具有完全的控制，可以關斷任何外設以節省功耗。片內C2開發接口允許使用安裝在最終應用系統上的產品MCU進行非入侵式、全速、在系統調試，能夠在工業溫度範圍內用0.9~1.8V或者1.8~3.6V工作（即單節或者兩節AAA電池）。
Si10xx家族產品同時集成了EZRadioPRO系列RF收發器，擁有很寬的工作頻率範圍，高靈敏度，多種調製方式，輸出功率大且可以很方便編程調節，發射功耗非常低,傳輸速率高,有141DB的LINK BUDGET為業界領先！
>頻率範圍：240－960MHZ
>靈敏度：－121dBm
>FSK ,GFSK和OOK
>20dBm(Si1010/1) (不需要外加PA ) ,+13 dBm(Si1012/3/4/5)
>18mA@+1dBm
>85mA@+20dBm
>Date rate =256kbps
該晶片由兩部部分組成，超低功耗MCU和射頻發射功耗低，是此晶片能超低功耗工作的根本原因，MCU超低功耗的主要原因是：MCU供電是由DC-DC和LDO組成供電系統MCU供電，這個系統有兩個好處，第一，它能實現單電池供電，可以節省一個電池出來，並聯給MCU供電，降低電池成本；第二，假設是雙電池供電，和市面上典型的其他低功耗MCU比較起來，它就有更大優勢，根據
在正常工作模式下，在F,C恆定時，我們給MCU供電電壓是電池電壓一半，此時功耗為市面上典型的其他低功耗MCU四分之一，除去DC-DC（效率比競爭對手效高25％）和LDO上小部分功率消耗，總功率消耗比市面上的低功耗MCU還要低很多，大大延長電池壽命，電池成本減少到原來的五分之一，而且MCU處於恆定供電電壓,在休眠狀態下，DC-DC能被關掉！以下為供電示意圖和市面上典型低功耗MCU功耗對比圖。
CMOS M U C供電圖
市面上典型的MCU與silicon-labs si10XX（集成F9XX MCU）功耗對比圖
MCU超低功耗的另個一個原因：喚醒時間短，只需2us !另外內置低功耗的smaRTClock,射頻發射電流非常低，在18mA@+1dBm。故內核為C8051F9XX的silicon-si10XX比業界低功耗的XXMSP430X功耗低了很多，以下是它們兩個之間的比較：
Silicon Labs C8051F9xx
XXMSP430X
F99x
F91x
F93x
1xx
2xx
5xx
DING-BOTTOM: 0cm; PADDING-LEFT: 5.4pt; PADDING-RIGHT: 5.4pt; BACKGROUND: #ccffff; BORDER-TOP: #ece9d8; BORDER-RIGHT: windowtext 1pt solid; PADDING-TOP: 0cm; mso-border-alt: solid windowtext .5pt; mso-border-left-alt: solid windowtext .5pt; mso-border-top-alt: solid windowtext .5pt" vAlign=top>
F93x
1xx
2xx
5xx
Active Mode IDD /MHZ@2.2V
160µA
160µA
170µA
280µA
250µA
165µA
Active Mode IDD /MHZ@3.0V
160µA
160µA
170µA
385µA
350µA
165µA
Sleep IDD
10nA
10nA
50nA
100nA
100nA
1600nA
RTC IDD
300nA
300nA
600nA
900nA
300nA
2600nA
Digital Wake
2µS
2µS
2µS
6µS
1µS
5µS
Analog Setting
1.5µS
1.5µS
1.5µS
1700µS
1700µS
35µS
為什麼選擇SI10XX產品
■晶片功耗非常低；
■高性能無線收發系統；
■高精度的ADC(內建溫度傳感器)；
■內部有一個極低功耗32位smaRTClock外設（實時時鐘），可以直接用0.9-3.6V的電池電壓工作，即使在器件進入最低功耗的掉電方式仍然能正常工作；
■應用電路簡單，外圍元件非常少，大大節省PCB面積，降低產品成本，下圖為電路參考設計圖。
應用領域
主要應用於上圖所示的四大領域：
■智能能源和控制:能量監控,燈控,通道控制
■安全方面:安全面板,PIR /運動檢測,門窗傳感器
■測量方面:油,水測量,居家顯示,熱能管理。
■汽車電子：車庫門,遙控車鑰匙,TPMS接收器
為了提高採用Si10xx無線MCU進行智能家居與智能儀表產品開發的效率，Silicon Labs公司為MCU與系統設計、RF設計與優化，以及網絡軟體設計提供了豐富的軟硬體開發工具。這些工具包括：
■Si1000-DK和Si1010-DK開發套件
■用於EZRadioPRO無線產品的SDBC-DK3開發平臺
■無線開發套件（WDS），一套綜合性的工具軟體。利用它，即使很少或沒有RF設計經驗，也可以開發出可靠的、低成本的無線應用。
■EZMACPRO媒體訪問控制模塊（「無線網絡功能包」）
■完全兼容的無線M – Bus協議棧（EN：13757-4），符合歐洲通用儀表網
以上工具可由Silicon Labs授權代理商世強電訊處直接獲得，更多技術支持及產品信息請致電世強電訊。
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