——陳鵬 應(yīng)用工程師

    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(yè)界最低功耗單芯片無線微控制器（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(chǎn)品能充分滿足電池供電家居自動化系統(tǒng)、智能儀表、室內(nèi)監(jiān)測和安全系統(tǒng)對于功耗和RF的需求。

    Si10xx系列產(chǎn)品在5mm×7mm大小的封裝內(nèi)，集成了高性能、超低功耗的CIP-51TM內(nèi)核8位單片機C8051F9XX以及Silicon Labs固有的 EZRadioPRO 系列RF收發(fā)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(fā)系統(tǒng)。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(shù)字外設(shè)如SPI、SMBUS、UART總線，PCA輸出陣列，多組定時器，以及模擬外設(shè)如具有300KSPS采樣速度的10位ADC模塊、溫度傳感器、比較器等等。而RF部分最高20DBM的發(fā)射功率，-121DBm的靈敏度，使系統(tǒng)擁有了高達的141DB 鏈路預(yù)算，從而達到了比同類產(chǎn)品幾倍的有效工作距離�？梢哉f，Si10xx系列產(chǎn)品提供了目前業(yè)界最高性能的單芯片無線MCU解決方案。

    高性能、資源豐富的MCU

    Si10xx家族產(chǎn)品內(nèi)建了低功耗混合信號片上系統(tǒng)型的MCU。具有優(yōu)異的性能、豐富的資源及外設(shè)。見圖FIGURE1.1  主要特性如下：

    ■單節(jié)/雙節(jié)電操作，內(nèi)建DC-DC升壓型轉(zhuǎn)換器

    ■高速、流水線結(jié)構(gòu)的與8051兼容的微控制器核（可達25MIPS）

    ■全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)）

    ■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(nèi)部振蕩器（使用擴頻技術(shù)）

    ■64KB或32KB的片內(nèi)FLASH存儲器

    ■4352字節(jié)片內(nèi)RAM

    ■硬件實現(xiàn)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(shù)器/定時器陣列（PCA）

    ■硬件實時時鐘（smaRTClock），工作電壓可低至0.9V

    ■硬件CRC引擎

    ■片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器

    該MCU FLASH存儲器具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲，并允許現(xiàn)場更新8051固件。用戶軟件對外設(shè)具有完全的控制，可以關(guān)斷任何外設(shè)以節(jié)省功耗。片內(nèi)C2開發(fā)接口允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品MCU進行非入侵式、全速、在系統(tǒng)調(diào)試，能夠在工業(yè)溫度范圍內(nèi)用0.9~1.8V或者1.8~3.6V工作（即單節(jié)或者兩節(jié) AAA電池）。

    領(lǐng)先的RF收發(fā)系統(tǒng)

    Si10xx家族產(chǎn)品同時集成了EZRadioPRO 系列RF收發(fā)器，擁有很寬的工作頻率范圍， 高靈敏度，多種調(diào)制方式，輸出功率大且可以很方便編程調(diào)節(jié)，發(fā)射功耗非常低,傳輸速率高,有141DB的LINK BUDGET 為業(yè)界領(lǐng)先！

    >頻率范圍：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

    該芯片由兩部部分組成，超低功耗MCU和射頻發(fā)射功耗低，是此芯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(tǒng)MCU供電，這個系統(tǒng)有兩個好處，第一，它能實現(xiàn)單電池供電，可以節(jié)省一個電池出來，并聯(lián)給MCU供電，降低電池成本；第二，假設(shè)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(yōu)勢，根據(jù)

    在正常工作模式下，在F,C恒定時，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處于恒定供電電壓,在休眠狀態(tài)下，DC-DC能被關(guān)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(nèi)置低功耗的smaRTClock, 射頻發(fā)射電流非常低，在18mA@+1dBm。 故內(nèi)核為C8051F9XX的silicon-si10XX比業(yè)界低功耗的XXMSP430X 功耗低了很多，以下是它們兩個之間的比較：

    為什么選擇SI10XX產(chǎn)品

    可以從以下幾個方面考慮：

    ■芯片功耗非常低；  

    ■高性能無線收發(fā)系統(tǒng)；

    ■高精度的ADC(內(nèi)建溫度傳感器)；

    ■內(nèi)部有一個極低功耗32位smaRTClock 外設(shè)（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(yīng)用電路簡單，外圍元件非常少，大大節(jié)省PCB面積，降低產(chǎn)品成本，下圖為電路參考設(shè)計圖。

    應(yīng)用領(lǐng)域

    主要應(yīng)用于上圖所示的四大領(lǐng)域：

    ■智能能源和控制: 能量監(jiān)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

    技術(shù)支持

    為了提高采用Si10xx無線MCU進行智能家居與智能儀表產(chǎn)品開發(fā)的效率，Silicon Labs公司為MCU與系統(tǒng)設(shè)計、RF設(shè)計與優(yōu)化，以及網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計提供了豐富的軟硬件開發(fā)工具。這些工具包括：

    ■Si1000-DK和Si1010-DK開發(fā)套件

    ■用于EZRadioPRO無線產(chǎn)品的SDBC-DK3開發(fā)平臺

    ■無線開發(fā)套件（WDS），一套綜合性的工具軟件。利用它，即使很少或沒有RF設(shè)計經(jīng)驗，也可以開發(fā)出可靠的、低成本的無線應(yīng)用。

    ■EZMACPRO媒體訪問控制模塊（“無線網(wǎng)絡(luò)功能包”）

    ■完全兼容的無線M – Bus協(xié)議棧（EN：13757-4），符合歐洲通用儀表網(wǎng)■