Si10xx无线低功耗MCU让智能仪表更智能

益登科技资深应用工程师 潘成义

美国Silicon Labs公司推出的Si10xx无线MCU系列，集成超低功耗MCU及高穿透力的RF芯片，发射功率高达+20dbm，具有最高的输出功率和灵敏度、最低的唤醒转换功耗。它是无线短距离嵌入式系统设计的芯片，可以为智能家居，智能仪表和智能安全等系统提供解决方案。

Si10xx系列芯片是低功耗芯片，当处理器处于运行准备时，可以提供非常低的工作电流，从而降低损耗。当设备处于非工作状态时，我们可以用深度睡眠的模式节省系统的损耗。在性能方面，Si10xx系列芯片发射功率高达20dbm，可以使大幅增加通信距离。在芯片电压管理方面，该芯片集成了DC-DC的开关稳压器，提升了系统电压稳定性。和竞争对手的解决方案相比，我们延长了整个系统供电电池的成本。

从Si10xx内部架构可以看到，它分为RF部分、数字接口部分等，模拟接口部分结合了8051CPU无核部分。时钟方面有内部时钟、外部时钟，可以输出32.76赫兹。此外，还集成了片上调试功能，便于开发。

Si10xx实现高能效

在电池供电设计中，能效是必须考虑的问题，从而保证在整个系统供电过程当中能效最高，损耗最低。

首先我们考虑电池的可用能量，就是容量和供电电压。我们考虑一个问题，在电池和系统电压转换过程当中，芯片最可能做到高效。因为电池的容量各成本之间的关系，容量越大电池的成本就越高，给整个系统的设计就会带来成本的压力。

在我们这个芯片里面做了什么方面的电源管理呢?我们集成了LDO稳压器，集成了DC-DC的稳压器，使得转换的效率更高。开关模式的稳压器与现行模式相比效率更高，使电池寿命更长。

工程师在设计电池供电无线应用系统的时候，他选择电池的时候用我们这个芯片有很大的选择余地和空间。工程师可以直接使用三伏电池，也可以用一节电池供电，串联变成并联，因为电压高，供电如果高于3伏，要两节碱性电池，但是在这里我们只需要并联起来，这样可以提高寿命。也可以使用不同类型的电池供电。

在满足客户需求方面，我们做到了最大的灵敏度和输出功率20个dbm，可以说是增加了客户产品的通讯距离。我们在片上集成了高性能的功率放大器和低噪声放大器。片上我们集成了低电压监测器，温度传感器和包处理器等，可以降低整个系统设计过程当中的复杂性和成本。

为了满足不同的客户需求和不同的无线应用，在Si10xx里面我们做了不同的型号和序列。按照功率分我们有20个dbm和13个dbm，按照尺寸大小我们有64KB，32KB，16KB，8KB。按照IO口的应用，我们可以用到22个IO，也可以做到15个，11个。

我们将Si10xx和当前比较流行的TI系列的无线传输芯片的主要参数做了一些比较。我们可以看到，Si10xx系列产品能显著延长电池寿命，几乎在所有模式下，Si10xx的电流都比竞争对手低。同时，Si10xx具有最高的RF性能。在降至2.2V时，竞争对手的ADC、Flash编程和CPU的运行速度降低或不能正常工作;而Si10xx电压低至0.9V时，所有外设依然能正常运作。

Si10xx在无线嵌入式领域的应用

在无线嵌入式应用领域，无线短距离方面的应用主要有三个方面：第一是智能家居，第二是安全应用，第三是智能仪表。智能家居应用通常包括能源监测、照明控制、访问控制;安全应用方面，我们可以用“MCU+RF”做整个安全控制面板，可以利用前端的传感器监测空间物体运动，也可以通过监测门窗的传感器发送信息给MCU;在智能仪表方面，水表、气表、热控表都可以用“RF+MCU”的方案。

Si10xx在智能家居方面的应用可以分为中控部分和无线部分。无线部分主要用采集前方探测方面的数据。无线模块的任务是把前端的传感器传来的数据通过RF的模式转给中央处理器。在这个设计当中我们首先要考虑的是信号覆盖范围，其次要考虑功耗问题。

在无线网络安全领域，Si10xx也具有优势。Si10xx集成了DC-DC升压转换器，可以带来更长电池寿命的低成本解决方案;同时，Si10xx具备最好的RF灵敏度和输出功率，获得更大检测距离和更可靠的网络性能;此外，可选的内存大小和RF特性使设计成本更优化。

在仪表智能监测领域，我们可以用Si10xx探测前面的计量芯片的脉冲，Si10xx本身是一个混合信号处理器，可以处理模拟部分，也可以处理数字部分。把前方的数据采集来以后，可以把它加工处理，然后送给显示和数据采集器。我们有一个低压插稳压器和电源管理的单元，提供最低的工作电流睡眠模式。

Si10xx在智能仪表的应用也有很大的潜力。在未来至少5年内，以PLC/以太网为代表的有线通信及GPRS/短距离无线为代表的无线通信途径仍将并存。由于电网的污染，许多地方无法采用PLC抄表，而不得不借助于GPRS/短距离无线集中抄表。随着后续国网采集器，集中器的统一招标，成本压力将越来越大，而依仗成本的优势，短距离无线模块将会挤压GPRS模块的生存空间，占据更多的市场份额。Si10xx系列可以轻松地在几公里内传输数据，非常适合智能电网集中抄表用。