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构成AIoT智能硬件设计的三大要素

时间:2019-06-26 作者:顾正书 阅读:
2019 IoT技术论坛的设计亮点:智能音箱、TWS真无线耳机和智能门锁等应用引领AIoT潮流;低功耗和高性能计算、高速闪存、多协议无线网络支持是IoT智能硬件设计的三大要素。

由ASPENCORE举办的2019物联网技术论坛于6月20日在深圳科技园圆满结束,来自8家芯片设计和PCB设计公司的技术专家与现场500多位设计工程师和专业观众进行了8场面对面的AIoT技术交流和碰撞。《电子工程专辑》分析师为这次论坛做了如下设计要素亮点总结,希望为物联网应用的设计人士提供一些有价值的启发。

应用驱动物联网市场的快速发展

据权威调研机构预测,到2025年全球IoT智能互联设备将达到700亿个,总体经济规模将达到11万亿美元。2019年中国物联网应用市场的规模将达到3000亿美元,2020年将增长到3600亿美元。

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物联网市场快速发展的一个明显特点是应用驱动,其中规模最大的垂直应用市场包括安防、智能物流、工业物联网、智能家居、车联网、智能穿戴和智能医疗等。

 AIoT边缘智能要求低功耗和高性能计算

由电池供电且具有边缘AI智能的AIoT设备对处理器的计算性能提出了更高的要求,不但要有MCU的低功耗特性,还要有MPU的高计算性能。恩智浦的i.MX RT就是一种专门针对IoT应用而设计的交叉处理器,是构成FaceID智能门锁和智能音箱等热门IoT应用解决方案的核心组件。

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基于NXP i.MX处理器平台的FaceID人脸识别模组

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基于NXP i.MX 8M的高端智能音箱解决方案

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采用XiP技术的高速闪存可解决计算与存储数据传输的瓶颈

存储器与处理器之间的数据传输已经成为云端服务器和边缘计算设备的性能提升瓶颈。高速闪存在设备快速启动和高速读写操作方面至关重要,本次论坛上兆易创新、华邦和Adesto三家闪存供应商都不约而同地针对这一瓶颈问题给出了各自的解决方案。采用XiP技术已经成为业界认可的一种办法。

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苹果的AirPod无线耳机引领了真无线(TWS)耳机的潮流,使之成为继智能音箱之后的下一个智能入口。华邦演讲嘉宾以TWS耳机为例讲述了闪存对设计的影响。

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TWS耳机对功耗的要求很高,从存储器的角度如何满足这一要求呢?

这类设备在99%的时间内都处于待机模式,仅消耗1%的电能。而真正的工作时间只有1%,但99%的功耗却是在工作状态下消耗的。因此,如何在工作状态下降低功耗就是关键问题。华邦使用1.2V的串行NOR闪存无疑是一种可行的解决办法。

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Adesto的专家指出,用XiP替代嵌入式Flash闪存的好处包括:处理速度更快、减少或去除嵌入式Flash、解决了SRAM的漏电流问题,同时具有“即时启动”的性能。

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随着IoT设备的推广普及,以及在一些关键应用场景的布局,对安全性的要求愈发严格。Flash相对于SoC更容易被作为攻击的对象,提升Flash的安全性显得尤为重要。兆易创新的演讲者以形象的警察动画来说明ECC对安全的重要性。

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 囊括WiFi、Zigbee和蓝牙等标准的一站式多协议IoT无线通信

适用于IoT的无线通信网络协议有很多,包括WiFi、蓝牙、Zigbee、NB-IoT、LoRa及一些专有协议。

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而IoT智能产品设计要求互通和兼容性,如何才能兼顾这些主流协议呢?Silicon Labs给出了支持多协议IoT应用的解决方案。Wireless Gecko EFR是专门针对物联网应用而开发的多协议处理器芯片,内置Arm Cortex-M33处理器内核,具有低工作电流、高性能无线传输及专有的安全内核等特性,动态多协议可以支持WiFi、Zigbee 3.0、Thread、蓝牙5.1/Mesh等标准。

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NFC/RFID等电子标签技术已经在我们的日常生活中随处可以感知了,比如带RFID标签的衣服在柜台自动结算、仓储盘点和物流管控、交通卡,甚至一些高端汽车的ADAS功能都已经采用了这些短距离自动感测技术。ST在NFC技术的应用方面给出了很多可行方案。

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在物联网产业大军中自然少不了国产芯片设计公司,上海富芮坤(FREQCHIP)微电子就是一个专注于智能家居应用的蓝牙SoC芯片开发商,其FR8028 MCU芯片集成了Arm Cortex-M3和RISC-V内核,完成支持BLE 5.1协议,同时可支持2.4GHz协议,兼顾不同的应用场景和平台。

其FR系列MCU与国内外同类产品的对比如下:

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AIoT智能硬件的PCB可制造性设计(DFM)方法论

除了以上介绍的AIoT智能硬件的设计方案外,本次IoT论坛还特地邀请到一博科技PCB设计的DFM专家为与会设计工程师分享PCB设计需要考虑的可制造性经验和教训。再好的设计如果没有提前考虑到PCB可制造性的细节,也难免功亏一篑。

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顾正书
电子工程专辑(EETimes China)主分析师
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