世强Silicon labs方案助力无线抄表从模块到终端的“穿越”

Si4438专为中国智能电表量身定制

中国正加速电网升级以实现更加“绿色”的智能电网，其中用于居民和企业的智能电表是电网改造的关键所在。据Pike Research咨询公司的最新报告显示，中国智能电表的安装数量将从2012年的1.39亿台增长到2020年的3.77亿台。智能电表在中国电表市场的占有量将于2020年之前达到74%。如此广阔的市场空间促使Silicon Labs专门针对中国智能电表市场量身定制了Si4438。

虽然Silicon Labs 并不是第一家进入中国智能电表市场的厂商，但是其凭借Si4432的高性价比，在无线抄表领域占据了三分之一的市场份额，被冠以“穿墙王”的美誉。而在刚刚过去的2013年度EDN China创新奖评选活动中，Silicon Labs于今年3月份专门针对中国智能电表市场推出的Si4432的升级版本Si4438 EZRadioPRO无线收发器又荣获网络类最佳产品奖。

“EDNChina创新奖彰显了Si4438在市场上的成功， 这说明了其广受中国工程师的肯定。之所以说Si4438收发器是为中国智能电表市场量身定制，是因为其专为425-525MHz ISM频段设计，符合严格的中国智能电表470-510MHz频段操作监管要求。”来自Silicon Labs授权代理商世强的产品经理陈建华指出。

定制带来的一个最显著的好处就是降低了成本，同时其相对于Si4432，Si4438性能上也有所提升。下图1比较了Si4432和Si4438。

图1. si4432 VS. Si4438

由上图可以看出，在几个重要特性上，Si4438相比Si4432都有所提升。最大传输速率由256kbps上升到500kbps;待机电流由450nA降低到50nA;接收灵敏度由-121dBm(1.2kbps)提高到-124dBm(500bps)。所以，如果您正在研究新的设计或是要降低无线抄表模块的成本，Si4438无疑是不二之选。

极佳的距离和性能优势

“客户在选择产品时最关心的性能参数是接收灵敏度，输出功率，功耗和传输距离，从下图2可以看出，和同类竞争产品相比， Si4438在上述这些性能指标方面都更胜一筹。” 陈建华表示。

图2. 极佳的距离和性能优势

利用高效的片上功率放大器(PA)，Si4438 IC通过提供 20dBm输出功率、-124dBm灵敏度、114dB链路预算和58dB临近通道抑制等规格特性，可为智能电表延长传输距离并提供可靠的通信链路。同时，内置的分集式天线和跳频支持可进一步扩展传输距离、增强无线性能。由于分集式天线紧密集成到Si4438收发器，因此可以提高系统链路预算8~10dB，即使在恶劣的环境条件下也可以有效延长传输距离。

“我们无法给出具体的传输距离，因为它往往受到环境的影响，在楼宇林立等多障碍物环境下与空旷环境下的传输距离会不一样。但是可以这么算，系统链路预算每提高6dB，传输的距离就能远一倍。我们产品的系统链路比市场同类产品多出不止6个dB，可想而知我们产品的传输距离能延伸多少。” 陈建华指出。

最低功耗和物料(BOM)成本

功耗和成本始终是无线产品所要重点解决的问题。Si4438无线收发器是专为中国智能电表市场设计，其高性能、超低功耗和高集成度的特性能延长无线传输距离和电池寿命，同时降低智能电表30%的物料成本，是针对中国智能电表市场的最具能效的sub-GHz无线解决方案。

图3. 最低功耗和物料(BOM)成本

上图3所示，Si4438无线收发器具有50nA休眠/待机电流，比中国市场上同类收发器产品低40倍。在50nA休眠模式，Si4438收发器可以在短短的450µs时间内转换到接收(RX)或发送(TX)模式。处于工作模式时，其TX电流消耗在 20dBm为75mA，RX电流消耗为14mA，加上超低待机电流和快速唤醒时间，使功耗敏感型无线应用的电池寿命最大化。在相同的产品运行周期中，可减少电池更换次数和/或电池尺寸。

由于Si4438收发器具有高性能和高集成度，因此无需为无线应用添加片外功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)或表面声波(SAW)滤波器等器件，从而大大降低BOM成本(与市场同类解决方案相比可减少30%)。

片上PA可用于补偿低成本天线性能，而其他产品则需要更大、成本更高的片外PA以获得同等性能。集成的温度传感器、上电复位电路和GPIO进一步降低了系统成本和电路板尺寸。因为集成了FIFO、包处理器等技术帮助卸载主MCU任务，所以Si4438可与低成本MCU、晶振和少量被动组件组合构建出具有成本效益的无线系统。另外，其4mm×4mm封装尺寸也是同类产品中最小的，最大限度地减小了电路板面积。

与Si446x EZRadioPRO收发器引脚兼容

在Si4438之前Silicon Labs还推出了Si446x EZRadioPRO收发器，该系列产品是为全球部署智能电表和智能电网产品而设计的sub-GHz ISM频段产品。Si4438能与Si446x系列产品引脚兼容以及软件兼容。这也就意味着，如果系统厂商先前就有针对国外智能电表方案的话，可以很简单地就转移到中国智能电表方案上来，其中只需要做芯片的替换以及频段的修改。

图4. 与Si446x EZRadioPRO收发器引脚兼容

“Si4438与Si446x系列产品相比具有更低的成本，两者引脚兼容和软件兼容的特性能让系统厂商很容易地就从一个已有的方案切换到新的方案，移植成本低、时间短，有利于加快产品上市时间。” 陈建华说道。

此外，为了帮助开发人员加速智能电表产品开发，加速上市时间，Silicon Labs提供一系列硬件和软件开发工具，例如基于F930主板的4438-490-PDK开发套件，它包括两个基于C8051F930 MCU的主板、为425-525MHz频段而优化的两个RF pico-board和两个天线，可以轻松构建无线连接。另外还有基于GUI的无线开发套件(WDS)软件可自动生成示例代码，使开发人员快速直观地创建和开发可靠、具有成本效益的无线应用，而且无需或仅需很少的专业RF设计、配置经验。

“design-in”——世强助力无线抄表设计

虽然Si4438是为中国智能电表而生，但是，其也非常适用于水表、气表和热表应用。

据陈建华介绍，2011年我国水表的需求量近6500万只，而且还在以每年约10%的速度增长，同时每年约有6%的旧水表需要更换。目前在中国大约有600家水表生产企业，包括60多个品种，300多个规格。而到2015年中国燃气表的总需求量可达到3500-3700万台左右，其中智能燃气表约占总需求量的 50%-55%左右。智能四表(水、电、气、热)的市场规模巨大，而无线抄表又将逐渐成为智能抄表市场的主流。

面对如此巨大的无线抄表市场，世强作为Silicon Labs在中国大陆的主要代理商，将参与到客户的“design-in”中。世强有专门的FAE团队帮助客户设计。例如，从原理图开始，世强就会帮助客户检查原理图，检查PCB的layout，帮助调试板子，和客户一起推进产品研发进度。

Si4438使得无线抄表设计变得简单容易，成本更低，加上世强在服务客户方面更偏重于在技术方面的支持。这就使得文章开头所提到的无线抄表业者从芯片——(模块)——终端的‘穿越’变成现实。现在，终端厂商不只可以通过无线模组来开发产品，还可以直接从芯片开始进行设计。

“无论客户处于产业链的哪个环节，也无论客户采用怎样的方式开发产品，世强都将坚持以客户为中心的服务理念，基于客户需求，向客户提供专业的、真正有价值的服务。帮助客户改善产品质量、实现产品创新、压缩生产周期和成本，赢得竞争。” 陈建华最后表示。