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汽車芯片技術創(chuàng)新與應用論壇”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）副總經理楊岳明出席大會，并以《ChirpLANTM--助力低功耗遠距離物聯網》為主題，分享了在物聯網產業(yè)鏈的成熟驅動各類通信技術間逐漸融合的大背景下，磐啟微電子如何通過對Chirp物聯技術的不斷迭代、優(yōu)化、創(chuàng)新，持續(xù)推動窄帶物聯網產業(yè)的發(fā)展，以及在該領域內的最新研究成果和實踐經驗。

磐啟微電子成立于2010年，是一家領先的智慧物聯網、工業(yè)互聯網芯片設計企業(yè)，其總部位于中國上海，并在蘇州和深圳分別設立研發(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等領域的關鍵技術。公司現擁有低功耗遠距離ChirpIoT系列、Bluetooth-LE系列、BLE-lite系列三大產品，廣泛用于資產管理、室內定位、工業(yè)互聯、智能家居、智慧城市等領域。截至目前，累計出貨量近20億顆。

* 以下內容為根據楊岳明演講實錄進行不改原意的整理和編輯。

ChirpIoTTM系列產品對標LoRa的國產替代方案

在當今物聯網（IoT）領域，低功耗遠距離通信技術已成為行業(yè)發(fā)展的關鍵之一。近年來，隨著物聯網技術的快速發(fā)展，物聯網設備數量不斷增加，數據傳輸量呈現出爆炸式增長。與此同時，物聯網產業(yè)鏈的日漸成熟也驅使各類通信技術間的融合漸成趨勢。其中，低功耗窄帶Chirp物聯技術憑借其抗干擾性強、靈敏度高等優(yōu)勢，備受業(yè)界重視。

作為該領域內的頭號玩家，磐啟微電子對其研究探索始于多年前，憑借對物聯網行業(yè)的深入洞察和豐富的技術經驗，磐啟微電子認識到低功耗遠距離通信技術是物聯網發(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距離通信技術。

在研究過程中，磐啟微電子對Chirp信號的特性和優(yōu)勢進行了深入挖掘?；趯hirp的優(yōu)化創(chuàng)新，公司推出了全新調制解調技術ChirpIoTTM，以及ChirpIoTTM終端芯片、網關和模組等產品。其自研的PAN3028、PAN3031、PAN3029等ChirpIoTTM系列產品具有產權自主、超廣覆蓋、極低功耗、強抗干擾、獨立組網、高性價比等特點，成功打破國外公司的技術壟斷。“在工業(yè)物聯網領域，國際上有LoRa，我們的產品是可以媲美它的?！睏钤烂髡f。

目前，公司已經推出兩代芯片，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，初步實現了對LoRa芯片的國產替代。

在產品優(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)約功耗達到97%以上，這對一些表計、傳感器、標簽等電池類的物聯網應用，有效節(jié)約網絡功耗70%以上，幾倍提升電池產品的使用壽命?！?/p>

據悉，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、低功耗和超遠傳輸距離等特性。與常規(guī)調制技術相比，PAN3029在阻塞和鄰道選擇方面具有顯著優(yōu)勢，可以進一步提高通信可靠度。同時，它還提供了較大的靈活性，用戶可以自行調節(jié)擴頻調制帶寬、擴頻因子和糾錯率，有效改善采用常規(guī)調制技術的芯片在距離、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權ChirploTTM研發(fā)

Chirp信號是一種具有特殊調制的信號，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信號的特性和實現方法，逐步開發(fā)出了具有自主知識產權的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權的ChirpIoTTM系列產品所推出開源的P2P或星型無線局域網絡協(xié)議。具有通信安全，組網方便，終端功耗低，通信距離遠等特點，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、智慧農業(yè)、智慧環(huán)保等應用場景。

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

ChirpLANTM網絡協(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，其網絡組合方式極為靈活。據介紹，ChirpLANTM網絡協(xié)議在直連網絡下，支持一對一和一對多連接。在星形網絡下則有三種模式：

（1）Mode A為主動上報模式，用戶按需來發(fā)送數據，比如TA指令或者定時發(fā)送數據，不發(fā)送數據時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，網關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，用來快速響應網關的數據。

在ChirpLANTM網絡測試上，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，我們用這樣的網關，并發(fā)數是8通道，它能夠快速快地把數據統(tǒng)計發(fā)展。我們這個網關支持的節(jié)點可以達到5000個。”此外，楊岳明還透露公司最新進展——目前正在開發(fā)低功耗Mesh網絡，而非低功耗的Mesh已經在測試中。據悉，低功耗Mesh在很多場景都有應用，尤其在智能家居領域。

ChirpLANTM網絡測試，圖源：截自磐啟微電子演講PPT

ChirpLANTM賦能多元領域應用進行時

談及ChirpLANTM現階段的應用情況，楊岳明表示：“目前在電力、氣體、消防、斷路器、表箱、水浸等方面都有應用。在電力領域的應用比較多，尤其是國家電網和南方電網。”以其中的工業(yè)應用為案例——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往集中器報數據，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，下行數據只在有上行發(fā)生時下發(fā)。

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

ChirpLANTM應用：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在物聯網領域的重要性不言而喻，它不僅可以提高物聯網設備的性能和響應速度，降低設備的能耗，還能保證數據傳輸的穩(wěn)定性和可靠性。這些優(yōu)點使得ChirpLANTM成為物聯網設備的一種理想傳輸協(xié)議，為物聯網技術的發(fā)展提供了強有力的支持。在技術趨于融合的大環(huán)境，以及國內低功耗窄帶產業(yè)鏈企業(yè)的共同努力下，Chirp窄帶物聯網技術正拓展出更多創(chuàng)新應用場景。

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

據介紹，BLE-lite系列產品是磐啟微電子2.4G的輕量級藍牙產品，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2.4G ISM頻段下的無線通信，同時兼容藍牙的Beacon包格式的通信，可與智能手機進行雙向通信；多協(xié)議系列產品則是磐啟微電子自研支持多種無線協(xié)議連接的，可使設計滿足不同場景的市場需求的芯片。強大的內核和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。

現階段，ChirpLANTM協(xié)議已被廣泛應用于智能家居、智能城市、工業(yè)自動化等眾多領域。磐啟微電子正積極推廣ChirpLANTM在物聯網設備中的應用，與眾多合作伙伴共同開發(fā)基于ChirpLANTM協(xié)議的物聯網解決方案，推動物聯網通信技術的發(fā)展。

后續(xù)隨著物聯網應用的不斷拓展和設備的多樣化發(fā)展，將促進ChirpLANTM的廣泛應用；同時，ChirpLANTM的高效、高速數據傳輸性能和低功耗特性將使其成為物聯網設備的理想傳輸協(xié)議；5G、6G等通信技術的發(fā)展以及物聯網設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技術的發(fā)展提供更為廣闊的空間。