低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)無線射頻芯片

BGND 2017-09-20

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▌概述

低功耗廣域（LPWA）技術(shù)有蜂窩和非蜂窩兩大技術(shù)路線。工作在免許可頻段的LPWA技術(shù)，企業(yè)可以自主組網(wǎng)，可以做網(wǎng)絡(luò)運營商，這激活了企業(yè)的創(chuàng)新能力，也帶動了創(chuàng)新應(yīng)用的發(fā)展。本文匯總整理了目前免授權(quán)頻段的LPWA技術(shù)使用到的一些無線射頻芯片，簡要圖示如下：

低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)無線射頻芯片

▌LoRa

Semtech

SX1278, 137 MHz ~ 525MHz低功耗長距離收發(fā)器

SX1276/77/78/79收發(fā)器具有LoRa長距離調(diào)制解調(diào)器，可提供超長距離擴頻通信和高抗干擾能力，同時最大限度地減少電流消耗。使用Semtech的專利LoRa調(diào)制技術(shù)，SX1276/77/78/79使用低成本的晶體和物料清單實現(xiàn)了-148dBm的靈敏度。高靈敏度與集成的+20 dBm功率放大器結(jié)合，產(chǎn)生了業(yè)界領(lǐng)先的鏈路預(yù)算。

主要特性：

最大鏈路預(yù)算可達168dB
+20dBm–100mW 電壓變化時恒定的射頻功率輸出
+14dBm 的高效率功率放大器
可編程比特率高達300kbps
高靈敏度：低至-148dBm
高可靠性的前端：IIP3=-11dBm
9.9mA 低接收電流，200nA 寄存器保持電流
調(diào)制方式：FSK、GFSK、MSK、GMSK、LoRaTM及OOK

▌Sigfox

STMicroelectronics

S2-LP，超低功耗高性能的sub-1GHz收發(fā)器

S2-LP是一顆高性能超低功耗的RF收發(fā)器，用于sub-1GH頻段的RF無線應(yīng)用。它既可以工作在免授權(quán)的ISM和SRD頻段（433,868和920 MHz），也可以編程工作在其他更多頻段（430-470MHz，860-940MHz）。S2-LP支持不同的調(diào)制方式：2(G)FSK、4(G)FSK、OOK和ASK?？罩袛?shù)據(jù)速率是可編程的，從0.3至500 kbps。S2-LP可用于信道間隔為12.5/25 kHz的系統(tǒng)，從而可以實現(xiàn)窄帶操作。S2-LP長通信距離的RF鏈路預(yù)算高于140dB，并滿足全球范圍內(nèi)適用的監(jiān)管要求，包括歐洲，日本，中國和美國。

主要特性：

頻段：430-470MHz，860-940MHz
調(diào)制方式：2(G)FSK, 4(G)FSK，OOK, ASK
空中速率從 0.3 to 500 kbps
超低功耗：7 mA RX；10 mA TX@+10 dBm
優(yōu)秀的接受靈敏度：低至 -130 dBm
可編程RF功率輸出達+16 dBm
大于140 dB RF鏈路預(yù)算
支持SIGFOX? 網(wǎng)絡(luò)
工作溫度范圍：-40 °C to +85 °C

M2COMM

M2C8001

Uplynx是基于M2C8001，M2COMM的無線SoC系列之一，專為超低功耗無線IoT應(yīng)用而設(shè)計。 Uplynx將Sigfox協(xié)議棧與sub-GHz RF整合在一起。 M2C8001內(nèi)置10位ADC，模擬比較器和GPIO可通過UART接口由AT命令來進行訪問。 Uplynx是通過Sigfox網(wǎng)絡(luò)啟用無線數(shù)據(jù)上行鏈路的IoT應(yīng)用程序中最具成本效益，最小，易于設(shè)計的SoC解決方案。

主要特性：

頻段：868（863?870）MHz，870-875.6MHz，915（902-928）MHz ISM頻段
通過AT命令訪問傳感器/外設(shè)單元
AES-128
內(nèi)置溫度傳感器，電池檢測，電壓報警
可編程傳輸功率：14?22dBm（1dB步長）
電流功耗：

- 58mA Tx，14dBm

- 130mA Tx，22dBm

- 3mA待機電流

- <0.1ua>

NXP

OL2385，低功耗多通道UHF射頻無線平臺

OL2385器件是一種射頻收發(fā)器，內(nèi)置嵌入式MCU，專為廣泛的工業(yè)和家庭應(yīng)用而設(shè)計，要求有非常高的雙向無線電通信鏈路預(yù)算。

主要特性：

頻段：160 - 960 MHz
超低RX功率低于11 mA
29 mA時，輸出功率最高可達+14 dBm
靈敏度-126 dBm @ 4 kHz
400 kbps 4（G）FSK，200 kbps 2（G）FSK，ASK，OOK
工作溫度范圍：-40°C至+85°C

Microchip

ATA8520，單芯片 SIGFOX RF 發(fā)射器

主要特性:

完全集成的單芯片射頻發(fā)射器（符合SIGFOX?）
頻段：868.0MHz至868.6MHz
低電流消耗：電報傳輸時為32.7mA，TX輸出功率為+ 14.5dBm
典型的OFF模式電流：5nA（VS = + 3.6V時最大600nA，T = + 85℃）
數(shù)據(jù)速率：100bit / s，采用DBPSK調(diào)制
溫度范圍-40°C至+ 85°C

ATA8520E，單芯片 SIGFOX RF 收發(fā)器

ATA8520E是一顆射頻收發(fā)器，可用于歐盟（ETSI）868MHz和US（FCC）902MHz SIGFOX網(wǎng)絡(luò)中上行和下行鏈路的操作。它可以提供給SIGFOX專有網(wǎng)絡(luò)空中接口的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和其他M2M的通信設(shè)備使用。工業(yè)和消費者應(yīng)用包括環(huán)境傳感器，智能電表，病人監(jiān)護儀，家庭自動化和樓宇安全系統(tǒng)。 ATA8520E整合了一個RF前端，數(shù)字基帶和一個微控制器到一個芯片中。內(nèi)部存儲器中的固件支持芯片操作，包括處理SIGFOX協(xié)議。 SIGFOX ID，PAC代碼和加密密鑰存儲和保護在芯片內(nèi)。串行外設(shè)接口提供外部控制和配置。

主要特性：

完全集成的單芯片RF收發(fā)器（符合SIGFOX?規(guī)范）
該設(shè)備必須在第一次使用操作頻率之前進行配置：

- 歐盟：上行868.0MHz至868.6MHz，下行869.4MHz至869.65MHz

- US：上行和下行902MHz至906MHz

低功耗：

- 在傳輸過程中為32.7mA（EU）/ 16.7mA（US）

- 10.4mA（EU）/ 10.5mA（US））

典型的OFF模式電流：5nA（VS = + 3.6V時最大600nA，T = + 85℃）
數(shù)據(jù)速率：

- EU：100bit / s，上行鏈路DBPSK調(diào)制，下行鏈路用GFSK調(diào)制方式為600bit / s

- US：上行鏈路DBPSK調(diào)制600bit / s和下行鏈路GFSK調(diào)制600bit / s

上電（通常為10ms（EU），30ms（US）從OFF模式到空閑模式）
溫度范圍-40°C至+ 85°C

Silicon Laboratories

Si446x系列

主要特性：

頻率頻段：119-1050 MHz
接收靈敏度：-124至-133 dBm
調(diào)制方式：（G）FSK，（G）MSK，2（G）FSK，4（G）FSK，OOK
最大輸出功率高達+20 dBm
PA支持+27 dBm或+30 dBm
低功耗

- 10/13 mA RX

- 18mA TX + 10dBm（Si4460）

- 30 nA關(guān)機，40 nA待機

數(shù)據(jù)速率：0.1 kbps至1 Mbps

ON Semiconductor

AX5043: 超低功耗RF收發(fā)器, 27-1050 MHz

AX5043是用于27 MHz至1050 MHz頻段的真正的單芯片，窄帶，超低功耗ASK和FSK RF收發(fā)器。它提供了超低功耗的傳輸和接收操作與最高靈敏度和高選擇性的獨特組合。如果使用內(nèi)置的前向糾錯（FEC），則可以在1 kbps的情況下實現(xiàn)143 dB的鏈路預(yù)算，這可以擴展到146 dB，無需額外的外部組件。 AX5043在6.25 kHz通道中的功耗完全可達1 kbps。

AX5043支持。在傳輸模式下，所有調(diào)制都是成形的。對于BT = 0.3或BT = 0.5的FSK高斯濾波器，可以滿足最嚴(yán)格的監(jiān)管要求。功率斜坡可配置無限制。。

主要特性：

頻段：27 ? 1050 MHz
調(diào)制：FSK/MSK/4?FSK/GFSK/GMSK/ ASK/AFSK/FM/PSK
數(shù)據(jù)速率：0.1 kbps to 125 kbps
靈敏度（FEC)：?137 dBm @ 0.1 kbps, 868 MHz, FSK
輸出功率：16 dBm @ 868 MHz 16 dBm @ 433 MHz 16 dBm @ 169 MHz
低功耗： RX（868/433 MHz）：9.5 mA ；TX（868 Mhz）： 7.5 mA @ 0 dBm ，16 mA @ 10 dBm，48 mA @ 16 dBm

Texas Instruments

CC1120

CC1120是用于窄帶系統(tǒng)的高性能射頻收發(fā)器。CC1120 是一款全集成單芯片射頻收發(fā)器，此器件設(shè)計用于在成本有效無線系統(tǒng)中實現(xiàn)極低功耗和低壓運行的高性能。所有濾波器都已集成，因此無需昂貴的外部表面聲波 (SAW) 和中頻 (IF) 濾波器。

主要特性：

頻段(MHz)：169/433/470/868/915/920
調(diào)制：2-FSK,2-GFSK, 4-FSK, 4-GFSK, MSK, OOK
接受電流(mA)：17
發(fā)射功率(dBM): 16
靈敏度：（dBm): -129

CC1125

CC1125是超高性能窄帶射頻收發(fā)器。CC1125 是一款全集成單芯片射頻收發(fā)器，此器件設(shè)計用于在成本有效無線系統(tǒng)中實現(xiàn)極低功耗和低壓運行的高性能。所有濾波器都已集成，因此無需昂貴的外部表面聲波 (SAW) 和中頻 (IF) 濾波器。

主要特性：

頻段(MHz)：169/315/433/470/868/915/920
調(diào)制解調(diào)：2-FSK, 2-GFSK, 4-FSK, 4-GFSK, MSK, OOK
數(shù)據(jù)速率(kbps): 200
接受電流(mA)：17
發(fā)射功率(dBM): 16
靈敏度:(dBm): -129

▌RPMA

RPMA（Random Phase Multiple Access,隨機相位多址接入）是Ingenu公司的專利技術(shù)。公司成立于2008年，由加利福尼亞州圣地亞哥的高通公司的前工程師組成，最初名為On-Ramp Wireless。Ingenu也還是IEEE 802.15.4k任務(wù)組（致力于低能量基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控）的創(chuàng)始成員。RPMA具有比其他型號更好的上行和下行容量，聲稱具有更好的調(diào)度和干擾魯棒性。它工作在全球范圍內(nèi)的2.4 GHz頻段（也同樣用于WiFi和藍牙）。并不像LoRa和Sigfox那樣做不同的區(qū)域需要改變不同的工作頻段。根據(jù)其內(nèi)部研究，RPMA具有顯著更高的鏈路預(yù)算（177 vs SigFox/149, LoRa/157），意味著更好的覆蓋。

低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)無線射頻芯片

在終端部分采用了Maxim公司的無線射頻收發(fā)器MAX2832。

MAX2832

MAX2831/MAX2832直接變頻、零IF RF收發(fā)器是專為2.4GHz至2.5GHz 802.11g/b WLAN應(yīng)用設(shè)計的。MAX2831完全集成了實現(xiàn)RF收發(fā)器所需的全部電路，可提供包括RF功率放大器(PA)、RF至基帶接收通路、基帶至RF發(fā)射通路、VCO、頻率合成器、晶體振蕩器、以及基帶/控制接口。MAX2832集成了除了PA以外的其它相同功能的模塊。該系列器件適用于全部802.11g OFDM數(shù)據(jù)速率(6Mbps至54Mbps)，以及802.11b的QPSK和CCK數(shù)據(jù)速率(1Mbps至11Mbps)。

主要特性