現在、無線SoCチップは欧米メーカーから国産半導体まで選択肢が増えています。製品開発に適した無線チップを選択するにはどうすればよいですか? 以下の点を考慮する必要があります。

ワイヤレス技術:

現在人気のある低電力ワイヤレス テクノロジーには、Wi-Fi、小型ワイヤレス、LoRa、Bluetooth、Thread、ZigBee、NFC、プライベート 2.4G、 NB-IoT、2G、3G、4G などが含まれます。 Wi-Fi、小型ワイヤレス、 BLE 、Thread、ZigBee、NFCを含むファクトリーオートメーションとスマートホーム。次の図は、データ伝送帯域幅、距離、消費電力におけるこれらのさまざまなワイヤレス プロトコルの長所と短所を比較しています。使用シナリオに応じて適切なソリューションを選択する必要があります。

Wi-Fi: Wi-Fi は高速ビデオデータの送信に適していますが、消費電力が比較的高くなります。現在、市場には主流の低電力 Wi-Fi チップがほとんどありません。コアは単純な RTOS を実行する ARM M3 または M4 コアを使用し、802.11b/g/n モード、低帯域幅のみをサポートしますが、乾電池電源のアプリケーションに対応できます。

ZigBee:スマート ホームの最良の選択、その地位は BLE MESH によって挑戦されています。しかし、ZigBee 3.0 のリリース後は、さまざまなシステムが相互接続できるようになり、プラットフォームの互換性が以前よりもはるかに向上しました。

Sub-1G：安定性と伝送距離が長いため、さまざまな産業用制御分野で使用可能です。TX ピーク電流は大きくなりますが、それ以外の時間ではシステムはスリープ モードになります。したがって、全体的な消費電力は低くなります。

NFC：携帯電話を必ず携帯しなければならない機能です。公共交通システムとアクセス制御システムは、主に RFID および NFC ソリューションによって採用されています。

LoRa:独自のスペクトラム拡散テクノロジー、+20 dBm 送信電力、低消費電力、長距離ですが、欠点は帯域幅の利用率が低く、データ スループットが低いことです。

消費電力

エンドユーザーのエクスペリエンスを常に念頭に置いてください。バッテリーが故障してしまうと、どんなに理想的な製品であっても廃棄されてしまいます。

どのような電源供給方法が可能ですか？コイン型電池、乾電池、リチウム電池? コイン電池は、低コスト、小型、軽量であるため人気があります。これらの製品のバッテリー寿命は非常に重要であることを考慮すると、コイン型電池は損傷せずに約 5 mA のピーク電流しか供給できません。より大きな電流ピークを駆動すると、バッテリー容量が影響を受けます。

RF 送信電力: Bluetooth の送信電力は非常に低いです。通常、5 dBm の送信電力のみがサポートされます。仕様に従って、一般に 0 dBm の送信電力を指します。ZigBee、小型無線送信電力は 20 dBm に達します。(20dBmを超えると安全テストに合格できません)。

MCU動作消費電力：無線SoCは同じARMコアを使用しているため、消費電力はほぼ同等です。ただし、低電力モードからのウェイクアップ状態からフルスピード動作までの MCU の実行時間を評価する必要があります。時間が長いほど消費電力は大きくなります。さらに、MCU のメイン周波数をフルスピードで評価する必要があります。メイン周波数が高くなるほど、消費電力も大きくなります。

次の図は、いくつかの IoT テクノロジーの電力消費パフォーマンスを示しています。

仕様に加えて、消費電力を削減するためのいくつかの提案が提供されます。

1.それに応じて、接続間隔、アドバタイズ間隔、およびスレーブ遅延を調整します。

2.RF オーバーヘッドを削減するために、複数の小さなデータ パケットを少数の大きなデータ パケットに結合します。

3.RF スループットを低減するために、送信前にデータをローカルで圧縮することを検討してください。

4.低速で送信できる、または送信できない非重要なデータを特定します。

メモリの選択

メモリの主なインジケータ: RAM、FLASH、ROM、シリアル FLASH

RAM:コードに適用される一時変数、グローバル変数、配列などはすべて RAM に配置されます。RAM のサイズによってシステムの複雑さが決まります。CC2541やnRF51822などの初期のデバイスではRAM リソースが少ないため、マスターとしての BLE 接続の数が制限され、アルゴリズムの実行効率にも影響します (通常、リアルタイム アルゴリズムはコードをフラッシュから RAM にロードし、走る）。

通常は 20K を超える RAM スペースを考慮する必要があります。(RTOS とプロトコルも RAM スペースを占有するため)。

FLASH:プログラムを決定する重要な要素。通常、Flash は 256K 以上を必要とし、一般的に使用されるのは 256K ～ 512K です。nRF52840が発売した 1M フラッシュなど、メーカーによっては若干大きく、ウェアラブルデバイス向けに開発された製品かもしれません。

ROM : なぜここで ROM について言及するのかという疑問があるかもしれません。ROM のコストが低いため、Dialog、TIなどの一部のメーカーは、チップの製造コストを削減するために ROM にプロトコル スタックを配置します。たとえば、TI の公開情報は次のとおりです。

Serial FLASH:こちらの方が面白いですね。IoT市場の責任者が国内外の無線チップに目を向けると、興味深い点が見つかるだろう。海外の半導体はチップ内にフラッシュを集積する。国内の半導体はシリアル フラッシュをチップまたは外部フラッシュに統合しています。理由はすべてコストにあります！シリアルフラッシュは安いです。大容量 RAM を使用してシリアル フラッシュから RAM にプログラムをロードすると、オンチップ フラッシュ上で直接実行するよりもコストが大幅に低くなります。(ここで XCODER から提案があります。チップ ROM のオフチップ フラッシュに保存されているファームウェアにデジタル署名と暗号化を検討することをお勧めします。そうしないと、海賊が顧客の製品のフラッシュからファームウェアを読み取って、次に、製品を逆方向にコピーします。)

OTAアップグレード

IoT の製品は急速な反復の時期にあります。これは、製品のイテレーションが速いという意味ではなく、バグ、インタラクティブ インターフェイスの更新、制御ロジックの更新などを含むソフトウェアの更新が迅速であることを意味します。これらすべては、製品をリサイクルしてから分解することを期待できません。ワイヤレス OTA アップグレードの機能要件を考慮し、製品をアップグレードする方法を残しておく必要があります。

OTA アップグレードの要求を制御する方法は次のとおりです。

アップグレード中のエアレート:

速度によって、アップグレードのユーザー エクスペリエンスが決まります。航空伝送時間が長ければ長いほど、問題が発生する可能性が高くなります。したがって、LoRa を使用して航空アップグレードを行うのが最も困難です。

メモリフラッシュ容量:

無線アップグレードは 2 つのアップグレード方法に分類できます。まず、イメージ バックアップのアップグレードにはファームウェアの 2 倍のストレージ スペースが必要です。新しいバックアップ ファイルは最初に受信されてフラッシュに保存され、再起動後にブート プログラムを使用して新しいファームウェアが実行されます。次に、イメージのアップグレードがありません。アップグレードモードに入ったら、フラッシュメモリ内のファームウェアを直接消去し、新しいファームウェアを書き込みます。このアップグレード モードでは、ブート プログラムが OTA 機能をサポートしている必要があります。これにより、アップグレードの失敗による製品のブリック化を回避できます。

したがって、フラッシュの容量も評価する必要がある側面です。やみくもにコストを削減してフラッシュのサイズを小さくしないでください。フラッシュ容量は、独自のアプリケーション層のフラッシュ サイズの 1.5 ～ 2 倍であることが推奨されます。

マルチプロトコルの統合

現在の製品アプリケーションは Bluetooth と小型ワイヤレスの両方を使用します。もちろん、複数のチップを統合して使用することもできます。しかし、市場には、異なるオリジナルメーカーのウェーハを結合することによってマルチプロトコル統合を達成したメーカーがすでに存在します。1 つのチップで複数のプロトコルを解決します。過渡期の製品だと思います。内部では複数のウェーハと複数の MCU が同時に動作しているため、電源管理は大きな課題です。

現在、欧米の半導体メーカーはすでにチップ設計からマルチプロトコル統合を展開しており、2.4Gと小型無線を単一のSoCチップ上で組み合わせ、ソフトウェア時分割多重化によってマルチプロトコル機能を完成させている。これは予見可能な将来の傾向であると私は信じています。マルチプロトコル連携アプリケーションが必要な場合に検討できます。Texas Instrumentsの公式発表によると、CC1352およびCC2652チップはすでにこの機能をサポートしており、この技術はスマートドアロックアプリケーションに適用されています。