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物联网正面临无线复杂性的高墙。在大多数情况下，物联网设备依赖于多种无线协议，每种协议都有其独特的用途。Wi-Fi用于本地无线网络;蓝牙处理设备间的短距离、低延迟通信;Thread及其他802.11.4协议支持网状网络。

因此，射频设计变得越来越复杂。集成新功能或跟进新标准通常需要多块芯片或频繁的硬件重装。

为了理清复杂性，公司正竞相推出多协议无线SoC，解决物联网领域一些最大的技术挑战。这些芯片同时管理多个协议，用单一芯片取代系统和模块级的无线集成。

物联网正面临无线复杂性的高墙。在大多数情况下，物联网设备依赖于多种无线协议，每种协议都有其独特的用途。Wi-Fi用于本地无线网络;蓝牙处理设备间的短距离、低延迟通信;Thread及其他802.11.4协议支持网状网络。

因此，射频设计变得越来越复杂。集成新功能或跟进新标准通常需要多块芯片或频繁的硬件重装。

为了理清复杂性，公司正竞相推出多协议无线SoC，解决物联网领域一些最大的技术挑战。这些芯片同时管理多个协议，用单一芯片取代系统和模块级的无线集成。

这是通用无线物联网SoC的典型框图。

随着对即插即用物联网连接需求的增长，企业不断向这些芯片添加更多设备，从无线电到内存，正如一些最新短距离无线连接解决方案所示。

多无线无线SoC弥合了智能家居的空白

恩智浦正试图通过其RW612x系列多协议SoC，支持Wi-Fi 6、蓝牙LE 5.3和Thread，以及通过以太网的有线连接，弥合物联网设备之间的差距。Matter-ready的SoC将公司 i.MX RT系列MCU的性能结合起来，打造出适用于恒温器、家庭显示器、智能音箱和家庭能源管理系统（HEMS）等应用的单芯片连接解决方案。

据恩智浦称，RW612x可用于作为Matter控制器的设备，Matter是Matter网络拓扑的核心构件之一。该芯片还可以将任何始终在线的物联网设备，包括小型智能插座和墙壁开关，转变为Thread边界路由器。这些设备作为Matter设备的总机，将Thread网状网络与WiFi等无线网络连接，进一步连接云端。Matter应用层运行于Thread和Wi-Fi网络层，并使用蓝牙LE进行调试。

RW612x将Matter使用的三种无线技术整合到一块芯片中，得益于公司内部和外部无线电共存技术，以减少射频干扰，能够同时运行它们。

20 MHz Wi-Fi 6 无线电子系统使用 2.4 GHz 和 5 GHz 频段，实现更高的吞吐量、更好的效率和更远的覆盖范围。窄带（NB）无线电支持 Bluetooth LE 5.3 以及 Thread 和 Zigbee 等 802.14.5 无线协议。无线电配备专用的 CPU 核心和内存以运行网络堆栈。

无线MCU配备了功率放大器（PA），功率输出最高可达+21 dBm，同时还包括射频前端的其他部分。

NXP表示，它包含了所有其他构建Matter就绪无线MCU的组件。其核心的Cortex-M33 CPU最高时长可达260 MHz，配备1.2 MB片上SRAM处理器和四个SPI接口，用于安全访问片外的原地执行（XIP）闪存。

无闪存MCU采用Arm的TrustZone-M技术，但它增加了一个安全子系统，作为系统的硬件信任根（RoT），运行安全启动和硬件加密，并支持侧信道保护和安全的OTA。

NXP解释说，它可以在单个3.3伏电源上运行，集成的降压调节器和LDO负责内部电源域。它集成了多种先进的模拟外设，包括显示驱动程序。

虽然RW61x专注于多无线连接，NXP则推出了MCX W71x作为单芯片无线解决方案，应用于物联网终端节点，如温度传感器、智能插座和门锁。该MCU由96 MHz Cortex-M33处理器供电，采用低功耗架构和节能无线电，支持Matter、Thread、Zigbee和蓝牙LE的安全连接，同时最大化电池续航。可升级的无线子系统使新的无线协议能够在未来多年内被添加到物联网设备中。

RW612x 将 Matter 使用的三种主要无线技术结合为单芯片解决方案。

无线SoC使智能家居实现并发连接

大多数物联网设备实现了多种无线协议，用于连接智能家居中的其他设备，每种协议都有不同的功能。但在日益密集的物联网网络中，协调它们以最大化性能并最小化延迟可能会变得复杂。Qorvo试图通过其名为QPG600的智能通信控制器系列核心的并发连接技术来应对这一挑战。

该系列的第一款芯片QPG6200L基于与许多其他多协议物联网SoC相同的三核CPU架构——一个用于无线连接，一个用于安全子系统，另一个用于客户应用。这款多协议2.4 GHz无线电支持蓝牙LE以及Thread和其他物联网网状网络协议，并配备独立的接收路径以实现并发监听。Cortex-M4 CPU核心可从2 MB非易失性内存（NVM）或0.3 MB RAM执行代码，时钟频率最高可达192 MHz。

在大多数情况下，多协议物联网设备使用时分复用（TDM）通过将同一信道划分为不同的时隙，发送多个信号。大多数无线SoC采用动态多协议（DMP）技术在蓝牙和Thread等协议之间切换，因为一次只能有一个通过信道通信。虽然这对少数物联网设备有效，但更复杂的网络可能会带来问题，因为物联网设备争夺通信时间可能会干扰网络活动。

除了明显的低效措施外，不同协议之间的切换还有其他权衡，增加延迟，最终导致数据包丢失，因为只有一个标准被传达，另一个标准被阻断。

Qorvo利用ConcurrentConnect，能够同时持续监听和接收来自不同协议的数据包——无论是Zigbee和Thread，还是Zigbee和蓝牙LE到智能手机，或Thread和蓝牙LE网状。“并发监听”使蓝牙LE到Zigbee或Thread之间实现更智能、近乎即时的切换，延迟极低。公司表示，通过将 Concurrent Connect 直接集成到芯片中，该芯片能够以更快、更稳健的方式改变协议，以减少数据包丢失。

QPG6200L可以同时连接到蓝牙网状和Thread网络，或者在Zigbee或Thread网络中运行时，可以直接连接基于蓝牙的智能手机。

Qorvo表示，它提供高达10 dBm的发射功率，带有天线多样性，通过使用一对天线而非单一天线，最大化了设备的可靠覆盖范围。SoC会监控情况，确保蓝牙和Thread使用最合适的天线。这最大限度地减少了密集物联网部署中信号衰减的影响。

据公司称，天线多样性使链路预算增加8 dB，相比仅用一个天线的类似系统，覆盖范围增加了70%。这也减少了重播。

电源管理单元（PMU）使其能够在标准投币电池上运行。

该QPG6200L采用了与许多其他多协议物联网SoC相同的三核CPU架构。

三合一射频SoC推动紧凑型物联网设备

Synaptics通过其SYN461x为电池供电的物联网设备（如可穿戴设备、智能手表、智能音箱和家用电器）带来了多协议无线连接。虽然它需要协处理器来运行应用程序，但公司表示，射频SoC作为无线连接的主要控制器，将协议从主机卸载以节省功耗。

这款三合一射频SoC集成了Wi-Fi 6E、蓝牙6.0、蓝牙LE和802.15.4无线协议，如Thread和Zigbee，集成在一块芯片中，优化了节能性能。

Matter支持芯片支持2.4GHz、5GHz和6GHz频段的三频1×1 Wi-Fi。除了标配蓝牙6.0外，它还配备了最新的蓝牙LE功能，包括用于定位的通道音效和用于无线音频的Auracast。

无线SoC集成了Wi-Fi无线电的PHY和MAC，另一个无线电分别使用独立的PHY和MAC，用于蓝牙和Thread/Zigbee。它配备了一对 Cortex-M4 MCU，用于控制所有无线连接——一个用于 Wi-Fi 协议栈，另一个用于蓝牙和 Thread/Zigbee 协议栈。还包括一个全集成的射频前端，配备功率放大器（PA）、低噪声放大器（LNA）和发射/接收开关，通过消除射频前端（RFFE）的外部组件，节省了空间和系统成本。

无线物联网协议面临的一个技术挑战是它们运行在重叠的频段中。Wi-Fi和蓝牙使用与Thread、Zigbee及其他物联网协议相同的2.4 GHz频段，这可能导致拥塞、串扰及其他干扰，阻断或延迟射频信号的传输和接收。包括SYN461x在内的多种无线SoC，在硬件和软件层面专门设计，旨在减少无线协议之间的干扰，确保一切能够共存。

在许多情况下，无线SoC使无线电能够实时通信，共享传输优先级，以防止重叠。精确的时序确保无线电之间的紧密同步，采用微秒级时隙以避免干扰。Wi-Fi无线电还可以切换到5GHz和6 GHz频段，以避免2.4 GHz频段的干扰，而像蓝牙中的自适应跳频（AFH）等定时协议则通过动态切换到较少拥挤的频道，进一步减少拥堵。

通过应用智能调度和隔离来管理无线电间的通信，Synaptics表示可以确保多协议连接的可靠和高效。SYN461x还能够与外部LTE和GNSS无线电协调运行。

多协议无线SoC在Matter智能家居标准的采用中发挥着核心作用。

整个Veros系列设计与Synaptics的Astra系列AI处理器紧密集成，而公司的Machina开发套件则作为Astra平台与Veros SoC之间的纽带。

多协议无线MCU将NPU推向最前沿

其他芯片则配备神经处理单元（NPU），实现快速且节能的AI执行。其中最新的之一是Alif Semiconductor旗下的Balletto系列多协议无线MCU，针对空间受限的物联网设备。

Balletto芯片凭借其硬件加速器和大型片内存储器，为机器学习和传感器融合带来了更高的性能。核心的Cortex-M55 CPU搭载Arm的Helium DSP技术，最高时脉可达160 MHz，并搭配Arm的Ethos-U55，实现AI加速。芯片配备最多2MB的SRAM（配置为紧耦合内存，TCM）、最多2MB的MRAM作为NVM，以及八进制SPI接口用于附加闪存。

Balletto芯片还包含Cortex-M0+用于系统安全，以及RISC-V CPU用于运行网络栈，实现了无需独立MCU即可实现稳健的连接。凭借专用处理器和内存，Balletto 无线电支持同时运行蓝牙 LE 5.3 和 802.15.4.2011 协议，如 Thread 和 Zigbee，使用单片上天线。

此外，该初创公司表示，Balletto可用于支持Matter标准的智能家居设备，并且支持蓝牙LE音频和Auracast广播音频。

虽然该芯片的接收灵敏度为–101 dBm，但Balletto采用了双功率放大器架构：高功率放大器输出10 dBm以实现最大范围和信号强度，低功率放大器输出4 dBm以实现最佳功率。

当多台无线电同时运行时，能耗可能难以保持。每种无线协议的功耗需求都不同，物联网设备如果在不同协议间动态切换或同时使用多个协议，电池会迅速耗尽。

为了在系统层面节约电力，Balletto 采用了初创公司的 aiPM 技术，该技术动态地只为当前使用的逻辑和内存供电。PMU支持四种系统级电源模式，包括耗电700 nA的停止模式。

为了省电，Balletto动态供电仅为当时使用的逻辑和内存供电。

这些芯片集成了许多与其他物联网SoC相同的传感器接口和外设。它们具备模拟前端（AFE），配备数模转换器（DAC）和24位西格玛-德尔塔模数转换器（ADC），并支持由图形处理器支持的摄像头和显示接口。

IP为边缘SoC带来了多协议无线连接

尽管多协议无线连接是最新物联网设备的基本需求，但将其集成到最新SoC中变得越来越复杂且成本高昂。为了消除技术障碍并加快听觉设备、可穿戴设备及其他无线消费电子产品的上市时间，Ceva推出了其最新的多协议无线IP平台Ceva-Waves Links 200，支持蓝牙LE和802.15.4协议。

该IP是一种无线物联网连接的直接解决方案，支持多协议并发通信，先进的共存技术直接内置于硅片中。Ceva表示，它采用更先进的调制技术和为台积电12纳米工艺设计的2.4 GHz无线电，以推动低功耗解决方案中对蓝色性能的极限。

据Ceva介绍，该方案可运行高数据吞吐量（HDT）模式，速度是标准蓝牙的两倍多，数据速率最高可达7.5 Mb/s。

Waves Links 200 是继 Links 100 之后的最新多协议无线 IP，Ceva-Waves Link 家族配备 Wi-Fi 6 1×1 40 MHz 解决方案、蓝牙 5.4 双模解决方案（支持蓝牙和蓝牙 LE），以及支持 Matter 的无线子系统支持 Thread 和 Zigbee。该IP设计为22纳米制造，预先集成了多协议无线电，该无线电在三种无线协议使用的2.4 GHz频段工作。

Ceva表示，其Waves Links 200系列还提供了与Wi-Fi或超宽带（UWB）的进一步集成可能性。它还可与公司NeuPro-Nano系列NPU配合，利用12纳米工艺实现高效的AI加速。

关键词： 多协议无线SoC 物联网 智能家居