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。