Silicon Labs BG22E, MG22E, FG22E ชิปไมโครคอนโทรลเลอร์ไร้สาย สำหรับใช้ในอุปกรณ์ IoT สามารถเก็บพลังงานและไม่ต้องใช้แบตเตอรี่

Silicon Labs xG22E เป็นตระกูลชิป SoC ไร้สายที่ประกอบด้วย BG22E, MG22E และ FG22E และได้รับการออกแบบให้สามารถทำงานอยู่ในกรอบพลังงานต่ำ ultra-low power ซึ่งจำเป็นสำหรับใช้ในแอปพลิเคชันที่ไม่ต้องใช้แบตเตอรี่และเก็บพลังงาน (energy harvesting) เช่น ป้ายสินค้าอิเล็กทรอนิกส์ (ESL), เซนเซอร์บ้านอัจฉริยะ, รีโมทคอนโทรล และอื่นๆ

Silicon Labs MG26, BG26 และ PG26 ที่เพิ่งเปิดตัวไป, ตระกูล xG22E ใหม่มีคอร์ Cortex-M33 ที่โอเวอร์คล็อกได้สูงสุด 76.8MHz เป็นรุ่นพัฒนาของ BG22 ที่ใช้พลังงานต่ำ, BG22E มีการเชื่อมต่อ Bluetooth 5.4 LE พร้อม “การประหยัดพลังงาน” เพื่อแบตเตอรี่สามารถใช้งานได้ยาวนานยิ่งขึ้น และรองรับการออกแบบที่ไม่ต้องใช้แบตเตอรี่ได้, MG22E มีลักษณะคล้ายกันแต่เพิ่มรองรับคลื่นวิทยุ 802.15.4 สำหรับการเชื่อมต่อ Zigbee และ FG22E รองรับเฉพาะความถี่ 2.4GHz proprietary พร้อม Cortex-M33 โอเวอร์คล็อกได้สูงสุด 38.4MHz

สเปคของ Silicon Labs BG22E, MG22E, FG22E:

• MCU – Arm Cortex-M33 @ 76.8 MHz พร้อม DSP และ FPU ( FG22E 38.4 MHz  )
• หน่วยความจำ – หน่วยความจำ RAM data สูงสุด 32 kB
• พื้นที่เก็บข้อมูล – หน่วยความจำโปรแกรมแฟลชสูงสุด 512 kB
• Wireless
  • การทำงานของคลื่นวิทยุ 2.4 GHz
  • รองรับโปรโตคอล
    • BG22E
      • Bluetooth 5.4 Low Energy
      • การค้นหาทิศทางโดยใช้ Angle-of-Arrival (AoA) และ Angle-of-Departure (AoD)
      • Bluetooth Mesh
      • 2.4 GHz Proprietary
    • MG22E
      • Bluetooth 5.2 Low Energy
      • การค้นหาทิศทางโดยใช้ Angle-of-Arrival (AoA) และ Angle-of-Departure (AoD)
      • Bluetooth Mesh Low Power Node (เฉพาะส่วนที่มีขนาด 512 kB)
      • Zigbee PRO/Green Power
      • 2.4 GHz Proprietary
    • FG22E – 2.4 GHz Proprietary
  • ประสิทธิภาพของคลื่นวิทยุ
    • ความไวต่อสัญญาณ (Sensitivity)
      • -106.7 dBm @ 125 kbps GFSK
      • -102.3 dBm ความไวต่อสัญญาณ @ 250 kbps GFSK (สำหรับ MG22E เท่านั้น)
      • -102.3 dBm ความไวต่อสัญญาณ @ 250 kbps O-QPSK DSSS (สำหรับ FG22E เท่านั้น)
      • -98.9 dBm @ 1 Mbit/s GFSK
      • -96.2 dBm @ 2 Mbit/s GFSK
    • TX power สูงถึง 6 dBm
    • Current  – 2.5 mA Rx; 3.4 mA Tx @ 0 dBm; 7.5 mA Tx @ 6 dBm
• อุปกรณ์ต่อพ่วง
  • ADC 12 บิต 1 Msps SAR
  • สูงสุด 26x ขา GPIO พร้อมการเก็บรักษาสถานะเอาต์พุตและ asynchronous interrupts
  • ตัวควบคุม DMA 8-channel
  • ระบบ Peripheral Reflex System (PRS) 12-channel
  • 4x 16-bit Timer/Counter พร้อม 3 ช่อง Compare/Capture/PWM
  • 1x 32-bit Timer/Counter พร้อม 3 ช่อง Compare/Capture/PWM
  • 32-bit Real Time Counter
  • 24-bit Low Energy Timer สำหรับการสร้างรูปแบบคลื่น
  • 1x Watchdog Timer
  • 2x USART (UART/SPI/SmartCard (ISO 7816)/IrDA/I2S)
  • 1x Enhanced UART (EUART)
  • 2x อินเทอร์เฟส I2C พร้อมรองรับ SMBus
  • Digital microphone interface (PDM)
  • ความถี่ RC Oscillator ที่แม่นยำสำหรับการใช้งาน single-crystal
  • RFSENSE พร้อมโหมด OOK แบบเลือกได้
  • เซนเซอร์อุณหภูมิบนชิปที่มีความแม่นยำ +/-2 องศาเซลเซียส
• ความปลอดภัย
  • Secure Boot ด้วย Root of Trust และ Secure Loader (RTSL)(เป็นส่วนหนึ่งของตระกูล xG22 แต่ไม่ใช่ xG22E)
  • Hardware Cryptographic Acceleration สำหรับ AES128/256, SHA-1, SHA-2 (สูงสุด 256 บิต), ECC (สูงสุด 256 บิต), ECDSA และ ECDH
  • True Random Number Generator (TRNG) สอดคล้องกับ NIST SP800-90 และ AIS-31
  • ARM TrustZone
  • Secure Debug ด้วยการล็อค/ปลดล็อค(เป็นส่วนหนึ่งของตระกูล xG22 แต่ไม่ใช่ xG22E)
• แรงดันไฟฟ้า – single power supply 1.71 V ถึง 3.8 V
• การใช้พลังงาน
  • 3.6 mA – Rx current (1 Mbps GFSK)
  • 3.9 mA – RX current (250 kbps O-QPSK DSSS) – MG22E และ FF22E
  • 4.1 mA – Tx current @ 0 dBm
  • 8.2 mA – Tx current @ 6 dBm
  • 27 μA/MHz – ในโหมด Active Mode (EM0) ที่  76.8 MHz
  • 26 μA/MHz – ในโหมด Active Mode (EM0) ที่ 38.4 MHz
  • 1.40 μA – EM2 DeepSleep current (การเก็บข้อมูล RAM 32 kB และ RTC รันจาก LFXO)
  • 1.75 μA – EM2 DeepSleep current (การเก็บข้อมูล RAM 32 kB และ RTC รันจาก Precision LFRCO)
  • 1.05 μA – EM3 DeepSleep current (การเก็บข้อมูล RAM 8kB และ RTC รันจาก ULFRCO)
  • 0.17 μA – EM4 DeepSleep current
• ช่วงอุณหภูมิ – -40 °C ถึง 125 °C
• แพ็คเกจ
  • QFN40 – 5 x 5 x 0.85 มม.
  • QFN32 – 4 x 4 x 0.85 มม.
  • TQFN32 – 4 x 4 x 0.30 มม.

ชิป BG22E, MG22E และ FG22E มีลักษณะเหมือนกับ BG22, MG22 และ FG22 นอกเหนือจากคุณลักษณะด้านความปลอดภัยที่ไม่มีและคุณลักษณะ “Ambient Power” ซึ่งไม่มีเอกสารอธิบายอย่างชัดเจนในขณะที่เขียนบทความนี้ จุดเด่นของส่วน “E” ใหม่ ได้แก่:

• การเริ่มต้นเย็นเร็วและใช้พลังงานต่ำสำหรับแอปพลิเคชันที่เริ่มต้นจากสถานะพลังงานเป็นศูนย์ไปยังการส่งแพ็กเก็ตแล้วกลับสู่โหมด Sleep อย่างรวดเร็ว อุปกรณ์ xG22E เริ่มทำงานในเวลาเพียง 8 มิลลิวินาที และใช้พลังงานเพียง 150 micro-joules, หรือประมาณ 0.003% ของพลังงานที่จำเป็นในการจ่ายไฟให้กับหลอดไฟ LED เทียบเท่า 60 วัตต์เป็นเวลาหนึ่งวินาที
• โหมด deep sleep ประหยัดพลังงานและการตื่นขึ้นเร็วช่วยลดการใช้พลังงานในการตื่นขึ้นไปถึง 78% เมื่อเปรียบเทียบกับอุปกรณ์ Silicon Labs อื่น ๆ (ที่ไม่ได้ระบุชื่อ)
• โหมด Power-efficient energy เป็นการเปลี่ยนเข้าและออกจากโหมดพลังงานเพื่อลดกระแสไฟกระชากหรือกระแสไหลเข้า ซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อในการเก็บพลังงาน
• ตัวเลือก Multiple deep sleep wake-up เช่น RFSense, GPIO และ RTC ที่มาจากโหมด Deep sleep EM4 เหมาะสำหรับการจัดเก็บข้อมูลเพิ่มเติม

ไมโครคอนโทรลเลอร์ไร้สาย xG22E ของ Silicon Labs ทำงานร่วมกับวงจรรวมการจัดการพลังงาน ( Power Managed Integrated Circuits หรือ PMIC) ของ e-peas ที่ออกแบบมาสำหรับการเก็บพลังงาน (energy harvesting) ซึ่งเราเคยเห็นในบอร์ด Conexio Stratus (การเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์) และ WattUp 1W active energy harvesting developer kit

บริษัทร่วมกันพัฒนา Energy harvesting shields 2 ตัวสำหรับ xG22E Explorer Kit ที่เพิ่มประสิทธิภาพพลังงานของ Silicon Labs, Shields ตัวหนึ่งใช้ AEM13920 ที่เป็นตัวเก็บพลังงานแบบ dual-harvester ซึ่งช่วยให้สามารถดึงพลังงานพร้อมกันจากแหล่งพลังงานสองแห่งที่แตกต่างกัน เช่น แสงในร่มหรือกลางแจ้ง การไล่ระดับความร้อน และคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า, Shields ตัวสองใช้ AEM00300 ของ e-peas เพื่อเก็บพลังงานจากแหล่งพลังงานแบบ random pulsed ทั้งสอง Shield ออกแบบมาเพื่อให้เสียบเข้ากับ Explorer Kit ตามภาพด้านบน

ข่าวประชาสัมพันธ์ไม่ได้ระบุว่าตระกูล xG22 จะวางจำหน่ายเมื่อไหร่ แต่สามารถรับข้อมูลนี้ได้ใน blog post ซึ่ง Silicon Labs คาดว่า xG22E จะวางจำหน่ายทั่วไปในเดือนมิถุนายน สามารถดูรายละเอียดเพิ่มเติมบนหน้าผลิตภัณฑ์และบริษัทจะจัดงาน unboxing Tech Talk ในวันที่ 9 พฤษภาคม โดยจะแสดง xG22E Explorer Kit

แปลจากบทความภาษาอังกฤษ : Silicon Labs BG22E, MG22E, FG22E wireless MCUs target energy harvesting, battery-free IoT devices