【智能传感器与嵌入式技术应用】通过极小型、安全的蓝牙SoC实现低功耗智能传感器.pdf

通过极小型、安全的蓝牙通过极小型、安全的蓝牙SoC实现低功耗智能传感器实现低功耗智能传感器方恒坚(Kevin Fang),高级现场應用工程師 May 2023智能传感器的机遇与挑战智能传感器的机遇与挑战机遇挑战关键生态系统和连接性 2安全与保障安全与保障各种传感器：泄漏、烟雾、运动和接触检测传感器避免你的设备成为智能家居中最薄弱的环节自动化体验自动化体验支持用户个性化定制通过连接温度、湿度和空气质量传感器实现自动化通过自动化通过自动化客户以客户以节省能源和节省能源和资金资金 最大化电池寿命最大化电池寿命如何实现最长的纽扣电池寿命尺寸受限的设备尺寸受限的设备特定的形状和外形因素住宅中具有挑战性的射频环境住宅中具有挑战性的射频环境如何使得范围最大化如何穿透墙壁到达每个房间如何抗干扰并提高抗干扰能力提供一个无缝的用户体验提供一个无缝的用户体验集线器、路由器和自动化终端设备之间具有卓越的互操作性确保设备安全确保设备安全防范本地和远程攻击 减轻对干扰的影响Silicon Labs是生态系统和技术联盟的创新是生态系统和技术联盟的创新驱动驱动者者EFR32系列系列1和和2支持支持检测检测各各种状态以切换低功耗状态；种状态以切换低功耗状态；利用LSENSE和ACMP模块运行，减少睡眠电流，延长传感器电池寿命提高安全性提高安全性增加了硬件层面的安全性（如M33 core、额外的Secure Element）增加协议层面的安全性（例如Z-Wave S2，Zigbee通过椭圆曲线Diffie Hellman密钥交换加入）Z-Wave长距离UL1023 安全家用防盗报警系统标准 认证物联网传感器持续创新物联网传感器持续创新 Matter/OpenThread由苹果、谷歌和亚马逊驱动的基于IP的协议 Bluetooth Mesh v1.1 低功耗节点优化（传感器友好）。MESH OTA，远程配置Amazon Sidewalk 与亚马逊合作，实现免费、安全、众包的无线网络，用于特定范围的全覆盖（例如，狗的追踪器）。Z-Wave新的增强功能包括长距离PHY，2K节点支持3物联网传感器要求物联网传感器要求:长距离和电池寿命长距离和电池寿命减少计划外的电池更换减少计划外的电池更换芯片集成电源管理IC插件 减少系统停机时间减少系统停机时间功耗模式软件优化延长有效操作时间延长有效操作时间提供低工作电压和低电流的TX和RX芯片解决方案电池寿命实现整个家庭覆盖，包括院子实现整个家庭覆盖，包括院子远距离PHY 和+20dBm选项消除所有中继器消除所有中继器网格拓扑选项+20dBm TX选项所有节点的直接连接所有节点的直接连接FEM合作伙伴选择范围4物联网传感器要求：物联网传感器要求：简易和安全的家庭安装简易和安全的家庭安装保护用户隐私保护用户隐私利用信任中心和安全加载器（RTSL）安全启动减少恶意攻击的脆弱性、破坏性和损失减少恶意攻击的脆弱性、破坏性和损失真正的随机数发生器，自防御机制建立和保持可信度建立和保持可信度硬件加密引擎安全最佳的用户体验最佳的用户体验提供智能和蓝牙加网的安装选项提高满意度、评论和信任度提高满意度、评论和信任度用基于硬件的椭圆曲线Diffie-Hellman保护进行安全调试减少零售退货减少零售退货网络范围内的包容，可以安装在任何地方安装简便5多协议和直观的工具增加易用性多协议和直观的工具增加易用性EFR32支持集成到智能家居生态系统中的协议支持集成到智能家居生态系统中的协议：Matter:Thread/Wi-Fi亚马逊与Alexa合作:Zigbee Google Home:OpenWeave over OpenThread苹果Homekit over OpenThread三星SmartThings:Z-Wave/ZigbeeA:Z-WaveADT Pulse:Z-Wave安装和调试安装和调试 EFR32的Gecko SDK为蓝牙调试提供切换和动态多协议支持，改善了安装流程基于Z-Wave SmartStart QR的安全调试直观的软件工具直观的软件工具 Simplicity Studio用一个工具服务多协议，简化了智能家居的开发预认证参考应用程序代码6快速，无缝的设置和生态系统集成支持所有主要的智能家居协议和生态系统支持所有主要的智能家居协议和生态系统EFR32支持通过蓝牙和蓝牙支持通过蓝牙和蓝牙MESH进行无集线器系统设置进行无集线器系统设置用户可以通过手机设置系统，而不需要额外的网关EFR32连接所有主要生态系统连接所有主要生态系统包括多协议Zigbee,Z-Wave，蓝牙和蓝牙Mesh在大型QA网络中测试稳健的堆栈软件参考应用程序代码和移动应用开发工具包（ADKs）第一个上市的产品蓝牙mesh 1.0Zigbee适用于亚马逊的所有集线器(WWAH)用于快速开发和调试的集成工具具有新协议支持的具有新协议支持的EFR32面向未来的设计面向未来的设计现有芯片的路线图谷歌和苹果的Matter/OpenThread用于亚马逊、康卡斯特、三星等的Zigbee R23蓝牙mesh v1.1sidewalk在Zigbee联盟董事会、Thread Group董事会和工作组中发挥领导作用EFR32提供快速、无缝的系统设置和生态系统集成提供快速、无缝的系统设置和生态系统集成7访问了解更多硬件信息物联网传感器硬件和软件设计物联网传感器硬件和软件设计EFR32无线MCUEFM32 MCU+收发器EFP01 PMICSi705x 温度传感器Si720 x 霍尔效应传感器应用层api协议栈RAIL保险库级别安全8硬件合适的产品软件合适的产品Z-Wave传感器传感器PIR开开/关开关关开关Zigbee绿色电源传感器绿色电源传感器绿色电源开绿色电源开/关开关关开关Bluetooth Mesh灯光应用灯光应用开关应用开关应用示例应用平台软件SL-协议堆栈SL-应用程序层客户应用程序SDK示例应用程序射频抽象层Micrium OS应用应用堆栈应用程序层保险库安全为什么选择为什么选择Silicon Labs9Silicon Labs是当今互联传感器解决方案的领先供应商 我们提供最强大和完整的解决方案，从模块到芯片，旨在满足和超越连接传感器供应商的需求Silicon Labs继续投资于传感器的具体创新和路线图，以进一步推动市场增长BG24 and MG24:针对电池供电物联网针对电池供电物联网mesh而优化的产品而优化的产品目标市场目标市场智能家居网关/Hub楼宇自动化照明设备便携式医疗设备AI/ML高的射频性能高的射频性能高达+19.5 dBm TX-97.6 dBm RX BLE 1 Mbps-105.7 dBm RX BLE 125 kbps-105.4 dBm RX 15.4Wi-Fi CoexistenceRX Antenna DiversityARM Cortex-M3378 MHz(FPU and DSP)TrustZone高达1536kB的闪存高达256kB的RAM低功耗低功耗5.0 mA TX 0 dBm 19.1 mA TX +10 dBm4.4 mA RX(BLE 1 Mbps)5.1 mA RX(250 kbps 802.15.4)33.4 A/MHz1.3 A EM2 with 16 kB RAM专门的安全核心专门的安全核心Secure Vault-Mid/HighAI/MLAI/ML硬件加速器低功耗外设低功耗外设EUSART,USART,I2C20-bit ADC,12-bit VDAC,ACMP温度传感器+/-1.5C32kHz,500ppm PLFRCO世界级的软件世界级的软件Matter1Thread1Zigbee1Bluetooth(1M/2M/LR)Bluetooth meshDynamic multiprotocol1ProprietarySoCs和模块和模块5x5 QFN40(26 GPIO)+125C6x6 QFN48(28/32 GPIO)+125C12.9x15.0 PCB Module(Q3 2022)7x7 SiP Module(Q4 2022)101Requires MG24有益于你的应用有益于你的应用家庭自动化和工业物联网 用于电池供电设备的高性能和超低功率用于电池供电设备的高性能和超低功率BLE 低至低至0.8V或高至或高至3.8V的宽电压范围的的宽电压范围的DCDC降压降压/升压，增加了电源选项升压，增加了电源选项,以适配各种电池；以适配各种电池；准确跟踪电池电量的库仑计数器准确跟踪电池电量的库仑计数器 同类产品中最好的安全性同类产品中最好的安全性-符合符合SESIP L3标标准准!联网的医疗保健 用于医疗设备和可穿戴设备的高性能和超低用于医疗设备和可穿戴设备的高性能和超低功率功率BLE 外形极小的设备外形极小的设备 用于小型和高成本效益电池的用于小型和高成本效益电池的DCDC升压，升压，电压低至电压低至0.8V 用于精确跟踪电池电量的库伦计数器用于精确跟踪电池电量的库伦计数器 搁置模式将能量使用降至搁置模式将能量使用降至20 nA，以满足长，以满足长时间的时间的储存储存和运输需求和运输需求 符合符合SESIP L3 DTSec规范规范智能家居和楼宇自动化 高性能和超低功率的高性能和超低功率的Zigbee绿色电源设备绿色电源设备 DCDC降压降压/升压适用于从升压适用于从0.8V开始的宽电压开始的宽电压范围范围 库仑计数器实现了精确的电池电量跟踪库仑计数器实现了精确的电池电量跟踪 同类产品中最好的安全性同类产品中最好的安全性-符合符合SESIP L3标标准准!BG27MG27BG275x5mm QFN40 and 4x4mm QFN32WLCSP 2.3 x 2.6 mm5x5mm QFN40 and 4x4mm QFN32xG27:最具电池通用性的最具电池通用性的2系列系列SoC12设备规格高性能的高性能的2.4GHz射频射频高达+8 dBm TX-98.9 dBm RX BLE 1 Mbps-106.7 dBm RX BLE 125 kbpsMCU核心核心ARM Cortex-M33(76.8 MHz with FPU&DSP)存储器存储器高达64kB的RAM高达768kB的闪存超低功率超低功率4.1 mA TX 0 dBm3.6 mA RX(BLE 1 Mbps)1.6 A EM2 with 64 kB RAM 0.18 A EM4支持多种协议支持多种协议Bluetooth 5.3(1M/2M/LR)Bluetooth meshZigbee 3.0Proprietary 2.4 GHz封装封装2.3x2.6 WLCSP(19 GPIO)+85C5x5 QFN40(26 GPIO)+125C4x4 QFN32(18 GPIO)+125C差异化的特点极小的外形尺寸极小的外形尺寸2.3 x 2.6 WLCSP package1灵活的电池支持灵活的电池支持DCDC降压/升压 支持0.8至1.7伏的电压支持1.7至3.6伏的电压增强安全性增强安全性Secure Vault Mid篡改检测客户密钥管理 w/PUF 电池管理电池管理 库仑计数器 唤醒引脚唤醒引脚(BOOST_EN)允许设备处于关闭状态（20 nA），以便长期存储高达10年的闲置存储 电池的多功能性电池的多功能性超低功率超低功率多协议多协议安全安全BG27MG27Silicon Labs SoC Portfolio13xG21xG22xG24xG27ProtocolsFrequency Bands2.4 GHz2.4 GHz2.4 GHz2.4 GHzCoreCortex-M33(80 MHz)Cortex-M33(76.8 MHz)Cortex-M33(78 MHz)Cortex-M33(76.8 MHz)Max Flash1024 kB512 kB1536 kB768 kBMax RAM96 kB32 kB256 kB64 kBSecurityEnhanced Crypto,Debug Access Control,Secure ElementEnhanced Crypto,Debug Access ControlEnhanced Crypto,Debug Access Control,Secure ElementEnhanced Crypto,Debug Access Control,Secure ElementRx Sensitivity(15.4)-104.5 dBm-102.3 dBm-105.4 dBm-102.3 dBmRx Sensitivity(BLE 1Mbps)-97.5 dBm-98.9 dBm-97.6 dBm-98.9 dBmActive Current63.8 A/MHz26 A/MHz33.4 A/MHz29 A/MHzSleep Current(EM2,16 kB ret)4.5 A1.2 A(8 kB)1.3 A1.6 A(64 kB)TX Current +0 dBm(2.4 GHz)9.3 mA4.1 mA5.0 mA4.1 mATX Current +10 dBm(2.4 GHz)33.8 mA8.2 mA +6 dBm13mA11.3 mA +8 dBmTX Current +20 dBm(2.4 GHz)185 mAN/A60 mAN/ARX Current(802.15.4)9.4 mA3.9 mA5.1 mA3.9 mARX Current(BLE 1 Mbps)8.8 mA3.6 mA4.4 mA3.6 mASerial PeripheralsUSART,I2CUSART,EUSART,I2C,PDMUSART,EUSART,I2CUSART,EUSART,I2C,I2S,PDMAnalog Peripherals12-bit ADC,ACMP16-bit ADC20-bit ADC,ACMP,VDAC16-bit ADC,ACMP,Coulomb CounterOtherDie Temp SensorDie Temp SensorDie Temp SensorTemp Sensor,PLFRCO,Buck/BoostOperating Voltage1.71 V to 3.8 V1.71 V to 3.8 V1.71 V to 3.8 V0.8 1.6 V1.71 3.8 VGPIO2018,2626,28/3226,18,19Package4x4 QFN324x4 QFN324x4 TQFN325x5 QFN405x5 QFN406x6 QFN485x5 QFN404x4 QFN322.3x.2.6 WLCSPSilicon Labs在全球范围内受到信赖在全球范围内受到信赖14设计步骤设计步骤选择合适的协议获得开发工具包充分利用工具获得有关数据表、应用说明和更多的信息：获得有关数据表、应用说明和更多的信息： e about Smart Sensors: MeshRing Alarm,A,SmartThingsOpenThread无Hub；通过电话控制Matter统一的无线物联网连接ZigbeeAmazon,Comcast,SmartThingsMultiprotocolRing Alarm,A,SmartThingsBLE&BT M