安森美半導(dǎo)體，美國

一、前言

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的發(fā)展正在獲得實(shí)質(zhì)性的推動力，新型傳感技術(shù)的研發(fā)和新的通信協(xié)議的出現(xiàn)有助于推動IoT的發(fā)展。IoT的多學(xué)科特性使其需要更為廣泛的技術(shù)能力，資源或經(jīng)驗(yàn)有限的用戶在將設(shè)備連接到云服務(wù)時可能會遇到挑戰(zhàn)。而要確保IoT能夠更快地應(yīng)用于不同的垂直市場，電池使用壽命或設(shè)備獨(dú)立性則是另一個挑戰(zhàn)。

用于數(shù)據(jù)采集或者動作執(zhí)行的IoT節(jié)點(diǎn)位于網(wǎng)絡(luò)邊緣，通常采用電池供電。頻繁更換電池不切實(shí)際，也使維護(hù)成本提高，影響了許多IoT應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)，這一問題對于部署在遠(yuǎn)程位置的節(jié)點(diǎn)尤為嚴(yán)重。

對于IoT的潛在用戶和方案提供商，掌握能夠保證高效工作的互連技術(shù)至關(guān)重要，如低功耗藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth?Low Energy，BLE）或低功耗廣域網(wǎng)（Low Power Wide Area Network，LWAN）技術(shù)。此外，創(chuàng)新性的免電池傳感器的研發(fā)也很有意義，它消除了用戶在電池壽命方面的顧慮，產(chǎn)品無需維護(hù)，且能對難以進(jìn)入的區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測。

二、低功耗藍(lán)牙技術(shù)

BLE技術(shù)是智能家居、樓宇自動化、智能零售、數(shù)字健康等IoT垂直領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的通信協(xié)議之一。幾乎每一部智能手機(jī)和平板電腦都可用藍(lán)牙，加之協(xié)議的功能增強(qiáng)，非常適用于IoT網(wǎng)絡(luò)邊緣。

BLE引入了傳輸小數(shù)據(jù)包然后進(jìn)入睡眠模式的理念，大大降低了整體功耗。這種工作模式非常適于傳感器節(jié)點(diǎn)，因?yàn)樵趥鞲衅鞴?jié)點(diǎn)中不需要恒定的數(shù)據(jù)流。由于采用了無連接模式、更寬通道、更短數(shù)據(jù)包和更簡單的堆棧，BLE得以優(yōu)化以提高能效。為了進(jìn)一步支持IoT模式，在BLE規(guī)范中增加了新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌鐝V播、網(wǎng)格和更強(qiáng)大的安全功能，包括“中間人”保護(hù)和AES-128加密。

BLE規(guī)范最近的更新是Bluetooth 5，在提供IoT相關(guān)的功能和性能方面又有重大進(jìn)步。Bluetooth 5將峰值帶寬增加到2Mbps，通訊距離擴(kuò)展了4倍，理論上可以達(dá)到300m。尤其重要的是，針對IoT應(yīng)用Bluetooth 5可配置為網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，無需中央集線器——這顯著地增加了潛在覆蓋范圍并使網(wǎng)絡(luò)更具靈活性。

安森美半導(dǎo)體的RSL10[1]是一款 Bluetooth 5多協(xié)議系統(tǒng)單芯片（SoC）（圖1），具有業(yè)界最低的休眠和接收功耗（RSL10在深度睡眠模式下、電壓1.25V時消耗的電流為50nA，在0dBm時的傳輸（Tx）和接收（Rx）峰值分別為8.9mA和5.6mA），非常適用于BLE電池供電的應(yīng)用。RSL10已獲得嵌入式系統(tǒng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)ULPMAX?[2]驗(yàn)證，得分超過1000分（得分越高，功耗越低）。RSL10的CortX-M3核與32位低功耗DSP核、寬輸入電壓范圍、嵌入式閃存和超微型尺寸為用戶的設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。

三、智能無源傳感器技術(shù)

安森美半導(dǎo)體的智能無源傳感器（Smart Passive Sensor，SPS）擴(kuò)展了超低功耗工作的概念和便利性，無論是數(shù)據(jù)傳輸還是提供能量都是基于無線模式下的（圖2）。

SPS“標(biāo)簽”[3]（圖3）可以監(jiān)測環(huán)境參數(shù)，如溫度、壓力和濕度，這是許多IoT應(yīng)用的關(guān)鍵參數(shù)。“標(biāo)簽”內(nèi)含一個超薄集成電路，用于電源管理、RF連接和傳感，無需另外的微控制器?！皹?biāo)簽”從超高頻RF傳輸中獲取能量，因此只需將RF讀卡器靠近就可以使它們正常工作。

SPS“標(biāo)簽”體積小、成本低，能進(jìn)入以往難以進(jìn)入的區(qū)域完成測量，所以在IoT的創(chuàng)新應(yīng)用上極具潛力，它們特別適用于難以更換電池的領(lǐng)域，如嵌入墻壁或地板。

SPS“標(biāo)簽”用于與病人接觸的醫(yī)療應(yīng)用中是完全安全的；它們的低成本使其可用于大批量一次性應(yīng)用，如用于監(jiān)測運(yùn)輸中的食物；無需電池這一事實(shí)既節(jié)省了成本，也避免了與電池處理有關(guān)的任何環(huán)境問題。

四、IoT開發(fā)平臺

目前已加入IoT概念的各行業(yè)正在實(shí)現(xiàn)能效提高、成本降低和收入增長。然而，許多看到IoT潛在利益的企業(yè)仍在觀望，這在一定程度上是由于學(xué)習(xí)曲線陡峭，一個可行的IoT方案所涉及的技術(shù)范圍很大。

雖然特定的挑戰(zhàn)將取決于不同的應(yīng)用，但無外乎選擇正確的連接、傳感、驅(qū)動、電源管理、云服務(wù)及數(shù)據(jù)安全方案，所以提供一個平臺允許用戶通過快速嘗試各種配置以達(dá)到各種功能塊的最佳選擇、滿足應(yīng)用目標(biāo)是必不可少的。

從本質(zhì)上講，IoT是靈活的，任何成功的開發(fā)工具都必須與這種靈活性相匹配，使工程師能夠在一個單一的、集成的開發(fā)環(huán)境（Integrated Development Environment，IDE）中定制自己的設(shè)計(jì)、融合軟硬件以滿足應(yīng)用需求。

安森美半導(dǎo)體的IoT開發(fā)套件（IoT Development Kit，IDK）[4]（圖4）就是這樣一款極其靈活的模塊化、節(jié)點(diǎn)-云的快速原型平臺，使一些IoT用例的開發(fā)更為簡化。IDK提供多種連接、傳感和驅(qū)動選項(xiàng)，使用戶可以根據(jù)需要靈活地定制方案。這套綜合工具箱使“設(shè)備-云”應(yīng)用程序能夠開箱即用，包括一個IDE、多個云互聯(lián)選項(xiàng)以及40多個客戶可以構(gòu)建的用例。

IDK的主處理器是NCS 36510，這是一款低功耗、全集成的系統(tǒng)單芯片，包括強(qiáng)大的32位ARM Cortex-M3處理器以及相關(guān)的存儲器和外設(shè)。

主基板連接一系列的子卡（‘屏蔽板’）以擴(kuò)展功能?；ミB方面，可根據(jù)各種無線和有線通信協(xié)議選擇子卡，如BLE、Wi-Fi、802.15.4（ZigBee、Thread）、SigFox、CAN總線和以太網(wǎng)等。傳感器方面，有包含溫度、運(yùn)動、濕度、環(huán)境光、壓力和生物傳感器的子卡。此外，還可通過步進(jìn)、無刷電機(jī)驅(qū)動器和LED驅(qū)動器屏蔽板添加執(zhí)行功能。

SPS屏蔽板進(jìn)一步提高了IDK的價(jià)值，允許從免電池的無線傳感器獲取數(shù)據(jù)，使網(wǎng)絡(luò)邊緣的溫度、濕度和壓力測量變得非常方便。最近，隨著新的多傳感器屏蔽板和移動app的推出，這款I(lǐng)DK的功能也得到了進(jìn)一步擴(kuò)展。新的屏蔽板與之前推出的IDK屏蔽板相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)一些IoT應(yīng)用的快速原型化，以支持設(shè)計(jì)快速從概念轉(zhuǎn)向生產(chǎn)，包括聯(lián)網(wǎng)健康、工業(yè)可穿戴設(shè)備、智能家居設(shè)備、資產(chǎn)追蹤等。

五、總結(jié)

IoT為企業(yè)提供了巨大的商業(yè)機(jī)會，以擴(kuò)大其產(chǎn)品的價(jià)值和能力。但是將不熟悉的技術(shù)納入IoT應(yīng)用，其技術(shù)的廣度對于企業(yè)來說可能非常具有挑戰(zhàn)性，特別是對市場新人來說。

開發(fā)套件和工具可以提供一個無限擴(kuò)展的、高度靈活的開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)，這對新開發(fā)人員和經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)人員都有好處。諸如IDK這樣的套件，通過將許多先進(jìn)的低功耗技術(shù)（包括BLE和SPS）整合到一個直觀的“封裝”中，可以提供一種無風(fēng)險(xiǎn)的方式，從節(jié)點(diǎn)到云，快速開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)解決方案的硬件和軟件方面。

安森美半導(dǎo)體致力于提供低功耗感測、電源管理、控制和互聯(lián)解決方案。綜合性端到端開發(fā)套件，結(jié)合低功耗組合，幫助客戶快速原型制作相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)用例，減少上市時間和推出長電池壽命的產(chǎn)品。