蓝牙低能量的好处IP集成到一个SoC

Synopsys-executed用户最近的一项调查显示,重要的物联网芯片系统(SoC)设计从2013年到2015年增长的贡献新的耐磨IC市场。同时,根据Teardown.com,在超过800拆解的移动和耐磨产品从2012年到2015年,无线芯片数量产品的实际数量,表明多个无线ICs在一些设计。根据这些报告,可穿戴的增长和nearable应用程序正在上升,每个设计利用芯片外无线解决方案,为设计师创造了一个机会,降低成本和电力物联网与无线soc集成。

今天,蓝牙技术具有低能量特性正成为标准的可穿戴的首选和跟踪,或“nearable”,物联网的应用程序。蓝牙5预计将使技术进入智能家居的应用程序扩展范围,更高的速度和能力管理通信对等。本文解释的优势集成蓝牙等无线技术低能量在一个SoC与一个完整的蓝牙低能量PHY和链路层IP解决方案。

无线网络体系结构
在过去的几年里,多种无线技术实现进化:

• 独立的射频收发器:这个遗留实现包含一个控制器层和物理层,或在蓝牙,链路层层和物理层,收发器芯片连接到主SoC房子软件栈和应用程序代码。
• 无线网络处理器:这个实现已经得到普及无线芯片提供更多的价值通过集成无线协议栈的专用处理器,使主要的SoC仅仅把其资源到应用程序。
• 完全集成的无线SoC:这是一个整体,单个模实现适合特定的无线技术,尤其是蓝牙低能源技术的物联网应用,在链路层层和物理层的SoC集成到运行所有软件栈和应用程序代码。
• 组合无线芯片组解决方案:这对移动应用传统建筑几个WiFi和蓝牙等无线技术结合成一个收发器连接到SoC,包括数字调制解调器。所有软件、无线栈和应用程序代码驻留在外部非易失性存储器。

蓝牙芯片实现选项(来源:ti.com)

过程技术扮演着一个关键角色,确定哪些目标应用程序的实现是最有利的。独立的射频收发器使用遗留节点如180海里。无线网络处理器,无线协议栈是嵌入到射频收发器,利用成熟的90 nm节点。40 nm和55纳米技术节点在单片无线解决方案变得受欢迎由于嵌入式flash和高可用性的组合混合信号IP,包括无线IP。28 nm节点将类似的单片无线SoC解决方案可行的协议栈,射频收发器,应用程序代码集成到一个单一的SoC。

组合无线IC芯片解决方案仍然是一个普遍的移动应用程序架构处理器利用可用的最激进的流程节点优化模具的大小和成本。这些系统有无限的片外存储器使程序员更多的资源,但总数量的芯片可以多达三个系统中,与一个或两个芯片的其他三个实现。这个清楚地演示了如何有益,当无线集成流程节点和可用的IP解决方案调整,为什么完全集成的无线SoC架构将变得无处不在。

行业的例子
当前可穿戴式设计,如健身带,只有实现蓝牙无线连接的低能量,包含一个SoC连接到一个外部蓝牙低能量集成电路通过UART和I2C总线。同样,虚拟现实眼镜使用一个标准的蓝牙无线网络处理器与游戏控制器。外部蓝牙低能量的芯片组也发现在智能家居产品,如门锁、照明和室内定位信标。这些例子显示无线的机会融入soc系统中已有的额外的成本节约。

如果更高的带宽无线技术,比如WiFi,也包含在设计、无线芯片组合的解决方案是使用多个无线技术,处理器和外部记忆。例如,增强现实眼镜需要更多的处理能力,所以设计师利用类似的实现在移动平台。

,传统的有线无线正在取代许多功能。尤其是蓝牙低能量被用于诊断和传递低带宽信息UART, I2C, SPI, USB传统上被使用。

在一个SoC集成无线技术的优势
既然我们已经确定了无线集成到一个SoC的机会,让我们看一下优点和缺点。

无线网络处理器,如独立蓝牙低能源解决方案,一直在认证系统中,利用宽松设计师的模块认证流程。这些独立的蓝牙低能源解决方案不仅缓解认证,证明可靠的连接提供了常见的系统设计方法对天线等物品。

整体解决方案提供了更大的好处,包括低功率、低成本、更低的延迟和更小的足迹,推动市场开始采用和设计完全单片无线出类拔萃。预计数据送到AMBA AHB总线和SPI总线可以减少由5到10周期延迟,使长处理器空闲时间和储蓄力量。事实上,在最近出版的从微软无线电力的研究报告”,主要能耗的参数没有活性或睡眠电流,而是重新连接后的睡眠周期所需的时间和射频模块在多大程度上睡。”

权力和延迟的改进之外,无线集成允许删除完整的芯片组,降低包装成本和所需的附加垫和电源管理IP。这可以节省包装成本在0.15美元和20 - 30额外所需垫支持额外的无线网络处理器。这些储蓄,连同删除重复的电源管理和降低PCB足迹,使系统总成本储蓄非常有吸引力。

作为teardown.com报告指出,多个无线ICs中发现系统虚拟现实眼镜。蓝牙和WiFi通常结合在一个单一的芯片,但要求这些无线技术非常不同。无线网络支持高带宽,而蓝牙低能量最小化的力量。无线网络支持加速到300 Mbps,使用超过40 - 100毫瓦的接收和传输能力和相当大的内存需求。支持无线网络吞吐量,SoC必须在适当的电压/目标工艺操作。另外,蓝牙低能量支持蓝牙5中2 Mbps和使用不到10毫瓦的传输和接收能力,较小的内存占用和低电压0.9 v等最新40 nm和55纳米超低功耗过程。

集成蓝牙低能量的优点是清晰,和单片无线SoC实现在不久的将来将成为普遍。优点成为物联网大soc要求极低功耗55纳米和40纳米技术。这样的物联网还soc利用电源管理技术,直流-直流变频技术和使用厚氧化技术来减少有功功率和功率泄漏甚至更多。

Synopsys对此提供了一个广泛的无线和模拟IP选项5 g WiFi和LTE手机内部无线802.15.4和蓝牙技术提供服务和优化模拟前端,数据转换器和一个完整的蓝牙低能量和phy和链路层IP IP解决方案。无线的优势融入物联网SoC是最重要的,和Synopsys对此有自己的专长,silicon-proven IP和记录,以帮助设计师可以实现高效的物联网无线连接出类拔萃。