出貨量近20億顆！本土無線通信芯企憑何打破壟斷？

芯生萬象，集成未來！10月30日，由芯師爺主辦的“第五屆硬核芯生態(tài)大會暨2023汽車芯片技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用論壇”于深圳國際會展中心順利舉辦，上海磐啟微電子有限公司（以下簡稱：磐啟微電子）副總經(jīng)理楊岳明出席大會，并以《ChirpLANTM--助力低功耗遠(yuǎn)距離物聯(lián)網(wǎng)》為主題，分享了在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的成熟驅(qū)動各類通信技術(shù)間逐漸融合的大背景下，磐啟微電子如何通過對Chirp物聯(lián)技術(shù)的不斷迭代、優(yōu)化、創(chuàng)新，持續(xù)推動窄帶物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以及在該領(lǐng)域內(nèi)的最新研究成果和實踐經(jīng)驗。

磐啟微電子成立于2010年，是一家領(lǐng)先的智慧物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)芯片設(shè)計企業(yè)，其總部位于中國上海，并在蘇州和深圳分別設(shè)立研發(fā)中心及分公司。目前擁有專利超200項，涵蓋無線通信、射頻、SoC等領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。公司現(xiàn)擁有低功耗遠(yuǎn)距離ChirpIoT系列、Bluetooth-LE系列、BLE-lite系列三大產(chǎn)品，廣泛用于資產(chǎn)管理、室內(nèi)定位、工業(yè)互聯(lián)、智能家居、智慧城市等領(lǐng)域。截至目前，累計出貨量近20億顆。

* 以下內(nèi)容為根據(jù)楊岳明演講實錄進(jìn)行不改原意的整理和編輯。

ChirpIoTTM系列產(chǎn)品對標(biāo)LoRa的國產(chǎn)替代方案

在當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)（IoT）領(lǐng)域，低功耗遠(yuǎn)距離通信技術(shù)已成為行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵之一。近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量不斷增加，數(shù)據(jù)傳輸量呈現(xiàn)出爆炸式增長。與此同時，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的日漸成熟也驅(qū)使各類通信技術(shù)間的融合漸成趨勢。其中，低功耗窄帶Chirp物聯(lián)技術(shù)憑借其抗干擾性強、靈敏度高等優(yōu)勢，備受業(yè)界重視。

作為該領(lǐng)域內(nèi)的頭號玩家，磐啟微電子對其研究探索始于多年前，憑借對物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的深入洞察和豐富的技術(shù)經(jīng)驗，磐啟微電子認(rèn)識到低功耗遠(yuǎn)距離通信技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的瓶頸。為了解決這一問題，公司組建專業(yè)的研發(fā)團隊，致力于研究新型的低功耗遠(yuǎn)距離通信技術(shù)。

在研究過程中，磐啟微電子對Chirp信號的特性和優(yōu)勢進(jìn)行了深入挖掘?；趯hirp的優(yōu)化創(chuàng)新，公司推出了全新調(diào)制解調(diào)技術(shù)ChirpIoTTM，以及ChirpIoTTM終端芯片、網(wǎng)關(guān)和模組等產(chǎn)品。其自研的PAN3028、PAN3031、PAN3029等ChirpIoTTM系列產(chǎn)品具有產(chǎn)權(quán)自主、超廣覆蓋、極低功耗、強抗干擾、獨立組網(wǎng)、高性價比等特點，成功打破國外公司的技術(shù)壟斷?！霸诠I(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，國際上有LoRa，我們的產(chǎn)品是可以媲美它的?！睏钤烂髡f。

目前，公司已經(jīng)推出兩代芯片，第一代是2020年推出的PAN3028和PAN3031；第二代是今年9月份推出的PAN3029和PAN3060，第二代相比第一代具備更高的速率、更小的封裝等特性。從其成果來看，初步實現(xiàn)了對LoRa芯片的國產(chǎn)替代。

在產(chǎn)品優(yōu)勢方面，楊岳明特別介紹到：“PAN3029有一個很特殊的功能，叫硬件點名功能，我們的接收端接受到一個小的Field就能判斷是不是我，如果是我的話，就會開始接受，如果不是我的話，就會繼續(xù)休眠。啟動我們的硬件點名功能，接收過程中，絕大部分時間它是關(guān)斷的，在非硬件點名功能的模式下，平均功耗可能是3.25毫安，在匹配的時候，如果是我的話，只有0.37毫安，如果不是我，只有0.087毫安，節(jié)約功耗達(dá)到97%以上，這對一些表計、傳感器、標(biāo)簽等電池類的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，有效節(jié)約網(wǎng)絡(luò)功耗70%以上，幾倍提升電池產(chǎn)品的使用壽命。”

據(jù)悉，PAN3029支持半雙工無線通信，工作頻段為408~565MHz和816~1080MHz，該芯片具有高抗干擾性、高靈敏度、低功耗和超遠(yuǎn)傳輸距離等特性。與常規(guī)調(diào)制技術(shù)相比，PAN3029在阻塞和鄰道選擇方面具有顯著優(yōu)勢，可以進(jìn)一步提高通信可靠度。同時，它還提供了較大的靈活性，用戶可以自行調(diào)節(jié)擴頻調(diào)制帶寬、擴頻因子和糾錯率，有效改善采用常規(guī)調(diào)制技術(shù)的芯片在距離、抗干擾能力和功耗之間的折衷問題。

磐啟微電子第一代及第二代ChirpIoTTM芯片，圖源：截自磐啟微電子演講PPT

另外，從楊岳明展示的團隊測試的拉距表現(xiàn)來看，“在一種基站場景中，把它放到樓下測，我們測到6.2公里的時候還有75%的接收的收包率，它的離地高度是0.7米。地面距離測試的情況，我們測到2.2公里還有75%的收包的準(zhǔn)確率。還有就是在湖邊的距離測試，我們放在湖邊，拉到5.4公里的時候還有65%的收包概率?！?/p>

ChirpLANTM協(xié)議：基于完全自主知識產(chǎn)權(quán)ChirploTTM研發(fā)

Chirp信號是一種具有特殊調(diào)制的信號，其具備帶寬效率高、抗多徑干擾能力強、低功耗等優(yōu)勢。磐啟微電子通過深入研究Chirp信號的特性和實現(xiàn)方法，逐步開發(fā)出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的ChirpLANTM協(xié)議。

2022年11月11日，磐啟微電子正式發(fā)布旗下ChirpLANTM協(xié)議。據(jù)介紹，該協(xié)議是磐啟微電子基于其自有的具備完全自主知識產(chǎn)權(quán)的ChirpIoTTM系列產(chǎn)品所推出開源的P2P或星型無線局域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。具有通信安全，組網(wǎng)方便，終端功耗低，通信距離遠(yuǎn)等特點，廣泛適用于智能工廠、智能抄表、智慧城市、智慧倉儲、智慧消防、智慧農(nóng)業(yè)、智慧環(huán)保等應(yīng)用場景。

ChirpLANTM協(xié)議的主要原理是將數(shù)據(jù)信息編碼為Chirp信號，通過發(fā)送Chirp信號進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由于Chirp信號的特殊調(diào)制方式，使得信號在傳輸過程中能夠自動適應(yīng)信道變化，降低多徑干擾，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)距離低功耗的數(shù)據(jù)傳輸。此外，ChirpLANTM協(xié)議還采用了按需可靠的數(shù)據(jù)收發(fā)機制，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。

ChirpLANTM網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，圖源：截自磐啟微電子演講PPT

ChirpLANTM遵循Apache 2.0協(xié)議，協(xié)議代碼和規(guī)范完全公開開源，其網(wǎng)絡(luò)組合方式極為靈活。據(jù)介紹，ChirpLANTM網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在直連網(wǎng)絡(luò)下，支持一對一和一對多連接。在星形網(wǎng)絡(luò)下則有三種模式：

（1）Mode A為主動上報模式，用戶按需來發(fā)送數(shù)據(jù)，比如TA指令或者定時發(fā)送數(shù)據(jù)，不發(fā)送數(shù)據(jù)時RF處于休眠狀態(tài)；

（2）Mode B為周期同步模式，支持Mode A的全部功能，并且下行支持MAPM模式，終端周期打開RX，網(wǎng)關(guān)通過下行時隙喚醒終端，終端通過指定時隙上行；

（3）Mode C為全速運行模式，具有Mode A和Mode B全部功能，半雙工模式，終端在非TX的模式時，RF處于RX的模式，用來快速響應(yīng)網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)。

在ChirpLANTM網(wǎng)絡(luò)測試上，楊岳明舉例說明：“我們做了一個簡單的測試，（PPT）左上角是160個測試的套件，我們用這樣的網(wǎng)關(guān)，并發(fā)數(shù)是8通道，它能夠快速快地把數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)展。我們這個網(wǎng)關(guān)支持的節(jié)點可以達(dá)到5000個?！贝送猓瑮钤烂鬟€透露公司最新進(jìn)展——目前正在開發(fā)低功耗Mesh網(wǎng)絡(luò)，而非低功耗的Mesh已經(jīng)在測試中。據(jù)悉，低功耗Mesh在很多場景都有應(yīng)用，尤其在智能家居領(lǐng)域。

ChirpLANTM網(wǎng)絡(luò)測試，圖源：截自磐啟微電子演講PPT

ChirpLANTM賦能多元領(lǐng)域應(yīng)用進(jìn)行時

談及ChirpLANTM現(xiàn)階段的應(yīng)用情況，楊岳明表示：“目前在電力、氣體、消防、斷路器、表箱、水浸等方面都有應(yīng)用。在電力領(lǐng)域的應(yīng)用比較多，尤其是國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)?！币云渲械墓I(yè)應(yīng)用為案例——無線水表+集中器方案。在該方案中，每個水表通過無線局域網(wǎng)往集中器報數(shù)據(jù)，集中器通過4G往云端上報。集中器常安裝在表箱里，管理多層樓道同一位置的多個水表。水表只需上行，定時上報，下行數(shù)據(jù)只在有上行發(fā)生時下發(fā)。

ChirpLANTM還廣泛應(yīng)用于其他行業(yè)，如消防后裝中的所有報警器類型，可通過ChirpLANTM網(wǎng)關(guān)直接上報，其穿透性較強，一般醫(yī)院中只需要三層樓放一個網(wǎng)關(guān)即可。除此之外，還有智能家居、智能機器人、智慧醫(yī)療、農(nóng)林牧、新能源等領(lǐng)域。

ChirpLANTM應(yīng)用：無線水表+集中器方案，圖源：截自磐啟微電子演講PPT

持續(xù)探索 & 更多探索

ChirpLANTM在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的重要性不言而喻，它不僅可以提高物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的性能和響應(yīng)速度，降低設(shè)備的能耗，還能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。這些優(yōu)點使得ChirpLANTM成為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的一種理想傳輸協(xié)議，為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展提供了強有力的支持。在技術(shù)趨于融合的大環(huán)境，以及國內(nèi)低功耗窄帶產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的共同努力下，Chirp窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正拓展出更多創(chuàng)新應(yīng)用場景。

可以看到的是，磐啟微電子正憑借ChirpLANTM協(xié)議的技術(shù)優(yōu)勢，在該領(lǐng)域取得了豐碩成果。除了上述的低功耗遠(yuǎn)距離ChirpIoT系列，磐啟微電子還擁有多協(xié)議系列、BLE-lite系列兩大產(chǎn)品。

據(jù)介紹，BLE-lite系列產(chǎn)品是磐啟微電子2.4G的輕量級藍(lán)牙產(chǎn)品，包括單射頻的收發(fā)芯片和集成MCU的SoC類的芯片，主要功能可以實現(xiàn)2.4G ISM頻段下的無線通信，同時兼容藍(lán)牙的Beacon包格式的通信，可與智能手機進(jìn)行雙向通信；多協(xié)議系列產(chǎn)品則是磐啟微電子自研支持多種無線協(xié)議連接的，可使設(shè)計滿足不同場景的市場需求的芯片。強大的內(nèi)核和flash資源的SoC芯片支持2.4 GHz無線協(xié)議，包括BLE、BLE MESH、Zigbee、Thread、Matter等。

現(xiàn)階段，ChirpLANTM協(xié)議已被廣泛應(yīng)用于智能家居、智能城市、工業(yè)自動化等眾多領(lǐng)域。磐啟微電子正積極推廣ChirpLANTM在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中的應(yīng)用，與眾多合作伙伴共同開發(fā)基于ChirpLANTM協(xié)議的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，推動物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展。

后續(xù)隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的不斷拓展和設(shè)備的多樣化發(fā)展，將促進(jìn)ChirpLANTM的廣泛應(yīng)用；同時，ChirpLANTM的高效、高速數(shù)據(jù)傳輸性能和低功耗特性將使其成為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的理想傳輸協(xié)議；5G、6G等通信技術(shù)的發(fā)展以及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的日益增多對通信性能和穩(wěn)定性的要求也將不斷提高，從而為ChirpLANTM技術(shù)的發(fā)展提供更為廣闊的空間。