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在前面的幾節(jié),我們知道只有完整的生態(tài)系統(tǒng)才可以推動行業(yè)發(fā)展。在中國整個LoRa的生態(tài)各環(huán)境都有大量企業(yè)支持,包括LoRa核心硬件的芯片、模組、傳感器終端、網(wǎng)關,以及提供平臺服務的網(wǎng)絡服務商,還有許多外圍伙伴,如天線和測試設備供應商等。
一、LoRa核心硬件分析
LoRa的核心硬件包括芯片、模組、終端設備、網(wǎng)關(基站),這些都是一個LoRa項目中的必備組成部分。
1.LoRa芯片廠商1)SoC芯片廠商
前面幾節(jié)已經(jīng)介紹了目前企業(yè)可通過Semtech授權進行LoRa芯片開發(fā)或者直接采用Semtech晶圓做SIP級芯片開發(fā)。截至2020年初,全球只有意法半導體(ST)和阿里云IoT兩家公司拿到了芯片授權,其中阿里云IoT將LoRa芯片委托翱捷科技ASR實現(xiàn)。Semtech公司至今只授權了一款芯片SX1262給上述兩家公司,并沒有授權網(wǎng)關芯片和其他系列芯片。其中ST公司經(jīng)過多年技術開發(fā),其LoRa產(chǎn)品于2020年初發(fā)布;翱捷科技由于拿到IP授權較晚,于2020年下半年發(fā)布其LoRa芯片。
Semtech公司的終端節(jié)點芯片只是一個單純的射頻收發(fā)芯片,并不具有MCU的主控功能,使用時必須配合MCU主控才可以工作。產(chǎn)品定位主要突出LoRa的特性,客戶可以根據(jù)應用的不同選擇合適的MCU,由于市場上的MCU種類非常齊全,Semtech公司只需要完善幾種LoRa射頻收發(fā)芯片就足以支持絕大多數(shù)的LoRa應用。SoC(System on Chip這里指MCU+LoRa)芯片的定義則不同,需要針對多個場景定義不同的存儲配置等,由于物聯(lián)網(wǎng)的應用是多樣性的,其存儲配置要求千差萬別,SoC的產(chǎn)品定義就復雜很多。
Semtech公司的優(yōu)勢是LoRa芯片,就利用其特長把LoRa芯片做好。針對小型化一體化的需求,把這個重任交給了知識產(chǎn)權授權的兩家公司。針對不同的市場定位,ST公司和ASR公司的芯片都會采用SoC的形式。ST公司的低功耗MCU在全球物聯(lián)網(wǎng)領域具有統(tǒng)治地位,且一 直致力于物聯(lián)網(wǎng)SoC領域發(fā)展。ASR公司是中國半導體公司中的后起之秀,具有大量的資金支持和幾百位優(yōu)秀的半導體工程師,同時背靠阿里巴巴,針對國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)市場設計自身的SoC。ASR堅信他們最懂中國
LoRa市場,可以設計出最符合中國需求的LoRaSoC。
圖7-9所示為ST公司的LoRa芯片STM32WL框架圖。這是一個資源豐富、功能強大的SoC,采用ArmCortex-M4為核心,支持最大256KBFlash存儲和最大64KB的SRAM;同時支持LoRa、(G)FSK、(G)MSK、BPSK四種調(diào)制方式;其安全加密也進行了升級,提供256位AES/PKA。
ST公司為了差異化定價和考慮成本,根據(jù)Flash和RAM大小不同制定了3種型號,如圖7-10所示,分別為STM32WLE5JC、STM32WLE5JB、STM32WLE5J8,對應的Flash/RAM大小分別為256KB/64KB,128KB/48KB,64KB/20KB。運行LoRaWAN協(xié)議的終端建議選擇STM32WLE5JC、STM32WLE5JB,低成本私有協(xié)議終端建議選擇STM32WLE5J8。
圖7-9 STM32WL框圖
如圖7-11(a)所示,ST公司的這顆LoRa的SoC采用5×5的UFBGA封裝;如圖7-11(b)所示,Semtech公司的SX1262芯片的封裝是4mm×4mmQFN封裝。ST的芯片在增加如此多功能和配置后,其芯片邊長只增加了1mm,ST公司芯片開發(fā)能力可見一斑。
STM32WL這款芯片可以說是一款集成度非常高的芯片。其優(yōu)點不言而喻,首先整個電路占用PCB的面積減小50%以上。尤其是在智能家居等小型化應用中,原來無法解決的尺寸問題得到解決;其次是芯片管理上,由于采用SoC模式,原有MCU對LoRa芯片的控制部分變?yōu)槠鋬?nèi)部控制管理,其指令精簡和管理復雜度的優(yōu)勢也體現(xiàn)出來。同樣外圍器件也可以減少很多(原有MCU和LoRa芯片的許多器件可以復用)??梢哉fST的這款芯片對于中國LoRa的生態(tài)發(fā)展是具有促進作用的,填補了許多空白。
圖7-10 STM32WL輪廓圖(數(shù)據(jù)手冊截圖)
圖7-11 STM32WL與SX1262封裝對比圖
2)SIP芯片廠商