Hiện nay, ngày càng có nhiều lựa chọn chip SoC không dây, từ các nhà sản xuất châu Âu, châu Mỹ cho đến các hãng bán dẫn trong nước. Làm thế nào để chọn một chip không dây phù hợp để phát triển sản phẩm? Các khía cạnh sau đây cần được xem xét.

Công nghệ không dây:

Các công nghệ không dây tiêu thụ ít năng lượng phổ biến hiện nay bao gồm Wi-Fi, small wireless, LoRa, Bluetooth, Thread, ZigBee, NFC, Private 2.4G , NB-IoT, 2G, 3G, 4G, v.v., Các công nghệ không dây thường được sử dụng trong tự động hóa nhà máy và nhà thông minh bao gồm Wi-Fi, không dây nhỏ, BLE , Thread, ZigBee, NFC. Hình dưới đây so sánh ưu điểm và nhược điểm của các giao thức không dây khác nhau này về băng thông truyền dữ liệu, khoảng cách và mức tiêu thụ điện năng. Một giải pháp thích hợp nên được lựa chọn theo kịch bản sử dụng.

Wi-Fi: Wi-Fi phù hợp để truyền dữ liệu video tốc độ cao nhưng mức tiêu thụ điện năng tương đối cao. Hiện tại, có ít chip Wi-Fi công suất thấp chính thống trên thị trường. Nhân sử dụng nhân ARM M3 hoặc M4, chạy RTOS đơn giản và chỉ hỗ trợ chế độ 802.11b/g/n, băng thông thấp nhưng đáp ứng được ứng dụng cấp nguồn pin khô.

ZigBee: Sự lựa chọn tốt nhất cho ngôi nhà thông minh, vị thế đang bị thách thức bởi BLE MESH. Nhưng sau khi ZigBee 3.0 ra mắt, nhiều hệ thống khác nhau có thể được kết nối với nhau và khả năng tương thích của nền tảng tốt hơn nhiều so với trước đây.

Sub-1G: Do tính ổn định và khoảng cách truyền dài, nó có thể được sử dụng trong các lĩnh vực điều khiển công nghiệp khác nhau. Dòng điện cực đại của TX lớn, nhưng hệ thống ở chế độ ngủ vào những thời điểm khác. Do đó, mức tiêu thụ điện năng tổng thể thấp.

NFC: Chức năng mà điện thoại di động phải mang theo bên mình. Các hệ thống giao thông công cộng và hệ thống kiểm soát truy cập hầu hết được áp dụng các giải pháp RFID và NFC.

LoRa: Công nghệ trải phổ độc đáo, công suất phát +20 dBm, tiêu thụ điện năng thấp, khoảng cách xa, nhược điểm là sử dụng băng thông thấp và thông lượng dữ liệu thấp.

Sự tiêu thụ năng lượng

Luôn ghi nhớ trải nghiệm của người dùng cuối. Nếu pin bị hỏng, ngay cả sản phẩm lý tưởng nhất cũng sẽ bị bỏ rơi.

Những loại phương pháp cung cấp điện có thể được sử dụng? Pin đồng xu, pin khô, pin lithium? Các tế bào tiền xu phổ biến do chi phí thấp, kích thước nhỏ và nhẹ. Xét rằng tuổi thọ pin của các sản phẩm này là rất quan trọng và pin đồng xu chỉ có thể cung cấp dòng điện cực đại khoảng 5 mA mà không bị hỏng. Nếu bạn lái một dòng điện cực đại lớn hơn, dung lượng pin sẽ bị ảnh hưởng.

Công suất phát RF: Công suất phát của Bluetooth tương đối thấp. Thông thường, chỉ hỗ trợ công suất truyền 5 dBm, thường đề cập đến công suất truyền 0 dBm theo thông số kỹ thuật. ZigBee, công suất truyền dẫn không dây nhỏ có thể đạt tới 20 dBm. (Hơn 20 dBm không thể vượt qua bài kiểm tra an toàn).

Mức tiêu thụ năng lượng hoạt động của MCU: Do sử dụng cùng một lõi ARM của SoC không dây nên mức tiêu thụ năng lượng tương tự nhau. Nhưng cần phải đánh giá thời gian chạy MCU từ trạng thái đánh thức từ chế độ năng lượng thấp đến hoạt động ở tốc độ tối đa. Thời gian càng dài, điện năng tiêu thụ càng lớn. Ngoài ra, cần phải đánh giá tần số chính của MCU ở tốc độ tối đa. Tần số chính càng cao thì mức tiêu thụ điện năng càng lớn.

Hình dưới đây cho thấy hiệu suất tiêu thụ điện năng của một số công nghệ IoT:

Ngoài các thông số kỹ thuật, một số gợi ý để giảm mức tiêu thụ điện năng được cung cấp:

1. Điều chỉnh khoảng thời gian kết nối, khoảng thời gian quảng cáo và độ trễ phụ cho phù hợp.

2.Kết hợp nhiều gói dữ liệu nhỏ thành ít gói dữ liệu lớn hơn để giảm chi phí RF.

3. Cân nhắc việc nén dữ liệu cục bộ trước khi truyền để giảm thông lượng RF.

4.Xác định dữ liệu không quan trọng có thể được gửi hoặc không được gửi với tốc độ chậm hơn.

Lựa chọn bộ nhớ

Các chỉ số chính của bộ nhớ: RAM, FLASH, ROM, FLASH nối tiếp

RAM: Các biến tạm thời, biến toàn cục, mảng, v.v. được áp dụng trong mã đều được đặt trong RAM. Kích thước của RAM sẽ quyết định độ phức tạp của hệ thống. Các thiết bị đời đầu như CC2541 và nRF51822 có ít tài nguyên RAM hơn, điều này sẽ hạn chế số lượng kết nối BLE với tư cách là chủ và cũng sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả thực thi của thuật toán (thông thường thuật toán thời gian thực sẽ tải mã từ flash sang RAM để chạy).

Thông thường cần xem xét dung lượng RAM lớn hơn 20K. (Vì RTOS và giao thức cũng sẽ chiếm một số dung lượng RAM).

FLASH: Yếu tố then chốt quyết định chương trình. Thông thường Flash yêu cầu nhiều hơn 256K và loại thường được sử dụng là từ 256K ~ 512K. Một số nhà sản xuất, chẳng hạn như đèn flash 1M do nRF52840 ra mắt , lớn hơn một chút và có thể là sản phẩm được phát triển cho thiết bị đeo được.

ROM : Bạn có thể thắc mắc tại sao ROM lại được đề cập ở đây? Do chi phí của ROM thấp nên một số nhà sản xuất như Dialog, TI và các nhà sản xuất khác sẽ đưa ngăn xếp giao thức vào ROM để giảm chi phí sản xuất chip. Ví dụ, thông tin công khai của TI như sau:

FLASH nối tiếp: Điều này thú vị hơn. Nếu các nhà quản lý thị trường IoT nhìn vào chip không dây trong và ngoài nước, họ có thể tìm thấy điểm thú vị. Ở nước ngoài bán dẫn sẽ tích hợp flash vào chip. Bán dẫn trong nước tích hợp đèn flash nối tiếp vào chip hoặc đèn flash bên ngoài. Lý do là tất cả vì chi phí! Đèn flash nối tiếp là rẻ. Sử dụng RAM dung lượng lớn để tải chương trình từ flash nối tiếp vào RAM thấp hơn nhiều so với chi phí chạy trực tiếp trên flash trên chip. (XCODER có một đề xuất ở đây. Bạn nên xem xét ký điện tử và mã hóa phần sụn được lưu trữ trong flash ngoài chip trong ROM chip. Nếu không, những tên cướp biển rất dễ đọc phần sụn từ flash của sản phẩm của khách hàng và sau đó sao chép sản phẩm ngược lại.)

Nâng cấp OTA

Các sản phẩm của IoT đang trong giai đoạn lặp lại nhanh chóng. Điều đó không có nghĩa là quá trình lặp lại sản phẩm diễn ra nhanh chóng, mà là phần mềm cập nhật nhanh chóng, bao gồm các lỗi, cập nhật giao diện tương tác, cập nhật logic điều khiển, v.v. Tất cả những điều này không thể mong đợi tái chế sản phẩm rồi tháo rời chúng. Chúng ta phải xem xét các yêu cầu chức năng của việc nâng cấp OTA không dây và để lại cách nâng cấp cho các sản phẩm của mình.

Dưới đây là cách kiểm soát nhu cầu nâng cấp OTA:

Tỷ lệ không khí trong quá trình nâng cấp:

Tốc độ quyết định trải nghiệm nâng cấp của người dùng. Thời gian truyền khí càng lâu thì khả năng xảy ra sự cố càng lớn. Do đó, việc sử dụng LoRa để nâng cấp không khí là điều khó khăn nhất.

Dung lượng bộ nhớ flash:

Nâng cấp qua mạng có thể được chia thành hai phương pháp nâng cấp. Đầu tiên, nâng cấp sao lưu hình ảnh yêu cầu gấp đôi dung lượng lưu trữ của phần sụn. Tệp sao lưu mới trước tiên sẽ nhận và lưu trữ vào flash, và chương trình khởi động được sử dụng để chạy chương trình cơ sở mới sau khi khởi động lại. Thứ hai, không có nâng cấp hình ảnh. Sau khi vào chế độ nâng cấp, hãy xóa trực tiếp phần sụn trong bộ nhớ flash và ghi phần sụn mới. Chế độ nâng cấp này yêu cầu chương trình khởi động hỗ trợ chức năng OTA, điều này có thể tránh sản phẩm trở thành cục gạch do lỗi nâng cấp.

Do đó, công suất của đèn flash cũng là một khía cạnh cần được đánh giá. Đừng mù quáng giảm chi phí và giảm kích thước flash. Có ý kiến ​​​​cho rằng dung lượng flash phải gấp 1,5 đến 2 lần kích thước flash của lớp ứng dụng của chính nó.

Tích hợp đa giao thức

Các ứng dụng sản phẩm hiện tại sử dụng cả Bluetooth và không dây nhỏ. Tất nhiên, nhiều chip có thể được sử dụng để tích hợp. Tuy nhiên, đã có những nhà sản xuất trên thị trường đã đạt được sự tích hợp đa giao thức bằng cách liên kết các tấm wafer từ các nhà sản xuất ban đầu khác nhau. Một con chip giải quyết nhiều giao thức . Tôi nghĩ rằng đây là một sản phẩm chuyển tiếp. Do có nhiều tấm wafer bên trong và nhiều MCU chạy cùng lúc nên việc quản lý điện năng là một thách thức lớn.

Hiện tại, các nhà sản xuất chất bán dẫn châu Âu và Mỹ đã triển khai tích hợp đa giao thức, bắt đầu từ thiết kế chip, kết hợp 2.4G và mạng không dây nhỏ trên một chip SoC duy nhất và hoàn thiện các chức năng đa giao thức thông qua ghép kênh phân chia theo thời gian của phần mềm. Tôi tin rằng đây là một xu hướng trong tương lai gần. Nó có thể được xem xét khi các ứng dụng hợp tác đa giao thức được yêu cầu. Theo thông báo chính thức của Texas Instruments , chip CC1352 và CC2652 đã hỗ trợ chức năng này và công nghệ này đã được ứng dụng vào ứng dụng khóa cửa thông minh.