芯科EmberZNet_ZigBee3.0_EFR32MG开发日记一：ZigBee3.0解决方案选型

A、ZigBee芯片方案选型

选项	Silicon Labs	TI	Nordic
型号	EFR32MG	CC2652R	nRF52840
内核	Cortex-M4	Cortex-M4	Cortex-M4
主频	40MHz	48MHz	64MHz
FLASH	256-1024 KB	352 KB	1024KB
RAM	32-265 KB	80KB（256KB ROM）	256KB
最大输出功率	8-19.5 dBm	5dBm	8dBm
接收灵敏度	-99到-103.3 dBm	-100dBm	-100dBm
RX电流	9.8mA	6.9mA	4.6mA
TX电流	8.2A(0dBm)	7.3mA(0dBm)	4.8mA
睡眠	1.5uA(EM2)	0.95uA	0.4uA
ZigBee协议栈	EmberZNet	Z-STACK	nRF5 SDK
支持协议	ZigBee Thread BLE Proprietary Protocols Wireless M-Bus 802.15.4g LPWA	ZigBee Thread BLE Proprietary Protocols Wi-SUN 802.15.4g	ZigBee Thread BLE
软件开发平台	Simplicity Studio IAR	IAR	IAR Keil

基于更好的无线性能选择，我们选择Silicon Labs（芯科）的芯片。

我们知道作为ZigBee无线通信频段2.4G上是有多种无线通信协议（如ZigBee、蓝牙、Wi-Fi等）在运行的，由于同频的干扰，多一个dBm就多一份通信保证，多一段通信距离。

 

B、ZigBee开发方案选型

1、网状网片上系统（SoC）

在Silicon Labs（芯科科技）公司官网上，可以看到Silicon Labs公司所有的ZigBee系列SoC。Silicon Labs推出的ZigBee SoC解决方案主要分为两个系列：EM 和 EFR。

 

2、网状网模组（Module）

在Silicon Labs公司官网上，还可以看到该公司所有的ZigBee系列模组，Silicon Labs推出的ZigBee模组主要也分为两个系列：ETRX 和MGM。

 

EM与EFR系列

关于EM系列，其实是Ember的简写，取自于Ember的前两个字母。EM系列SoC可能就是Ember公司的ZigBee在Silicon Labs公司的延续。Silicon Labs收购Ember。

Silicon Labs公司EM系列的ZigBee SoC，主要采用的是ARM Cortex-M3的内核架构，是Silabs较为成功的代表性产品。在芯片制造和协议栈stack的开发上，都相当的不错。此外，EM系列的ZigBee芯片相比于EFR系列来说，价格要便宜一些。

关于EFR系列，主要采用的是ARM Cortex-M4的内核架构。相比于EM系列，EFR系列的芯片可以做到更低的功耗，更省电。此外，同等的footprint的芯片，EFR系列的RF射频性能更优。当然，相比于EM系列芯片来说，EFR系列价格要略高一些。

从工艺角度来说，EM大多采用的是140 nm工艺制造，而EFR大多是90 nm工艺。Silicon Labs最新推出的ZigBee芯片中，已经或将会采用40 nm的制造工艺。

EM系列已经非常成熟，芯片和模组都非常丰富；新出的EFR系列目前以芯片为主，提供的模组暂时不如EM系列多。

EM系列的ZigBee SoC大多仅支持ZigBee，部分还支持Thread；而EFR32系列SoC中（如：EFR32MG12P332F1024IM48）最多可支持高达4种协议：ZigBee、Bluetooth、Thread、Sub-GHz。

 

3、SoC与Module

大家对TI的ZigBee方案比较熟悉，知道TI有：CC2530、CC2630、CC2652R等等。一般只有SoC，而没有所谓的Module。这是因为，TI一般只提供SoC，同时会将相应最小系统的外围电路公开，需要Module的用户直接参考着自己进行设计即可。

对于Silicon Labs，乍一看好像提供了两套ZigBee解决方案。其实不然，将Silicon Labs的ZigBee SoC与Module稍作对比，即可看出：Silicon Labs所有的ZigBee Module，其实全部都是基于该公司的SoC设计而成的。这是因为，Silicon Labs不仅提供SoC，同时也提供功能非常完善的Module（可选择出厂是否带有ZigBee固件）。这样就清楚了，要理清Silicon Labs的ZigBee体系，理清其ZigBee SoC的体系即可。

 

当然，不管是哪家的ZigBee方案，都可以做成Module，而市面上也有非常多现成的ZigBee Module可以选择。有以下几点供大家参考：

1、如果用户不想关心硬件设计过程，只想从事ZigBee固件开发，可以选择出厂不带任何固件的ZigBee Module。

利：到手即可进行开发，类似于开发套件，非常方便。

弊：当然，这样肯定会比从SoC开始设计的硬件成本要多出很多。

2、如果用户既不想关心硬件设计，也不想关心固件开发，而只是想利用ZigBee低成本、大容量、自组织等特性，那么可以选择出厂即带完善功能固件的Module。

利：这样，用户不必关心复杂的ZigBee原理，以及漫长的研发过程，直接通过串口发送AT指令等简单的方式，即可使系统拥有非常完善的ZigBee功能。

弊：当然，除了上面提到会增加硬件成本之外，灵活性自然也会不如完全自主开发出来的ZigBee固件。

3、用户需要把ZigBee芯片嵌入到自己产品内，需要进行硬件设计，则需要选择ZigBee SOC。

利：灵活方便，完全按自己产品功能进行设计，可进行技术创新和技术保密。

弊：更长的开发周期。

 

C、开发套件及参考设计选型

当然，Silicon Labs为开发者们提供了非常丰富的开发套件。对于初学者来说，一套完整的开发套件是至关重要的。此外，Silicon Labs还提供了丰富的产品参考设计。感兴趣的朋友可以自行购买，亲自体验一下业界领先的Silicon Labs ZigBee。

当然Silicon Labs提供的开发套件相对价格比较高，同时Silicon Labs的第三方合作伙伴也开始提供相当经济实惠的EFR32MG_ZigBee3.0开发套件，价格仅为Silicon Labs开发套件的三分一，比如ZigBee开发套件Creek-ZB-PK，在淘宝上购买也很方便。Creek-ZB-PK同样提供各种丰富例程与演示。

Creek-ZB-PK套件还有一个好处就是提供的使用手册及实验手册都是中文的，由于是初学者，阅读Silicon Labs提供的英文资料还是比较吃力的，我们初学者就不要把精力浪费在翻译上了，特别是对一些专业语汇或概念把握不准时。