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UWB设备拆解对比:三星 SmartTag+ 和 Apple AirTag 

2022-05-16 14:26:36 EDN综合报道 阅读:
两个芯片的尺寸接近,且都由台积电代工,但其他差别很大,例如,SR040 的UWB收发器和电源管理占据了裸片面积的45%,而苹果 U1 仅占 33%。在处理器和内存方面,SR040占37%,苹果U1占57%。SR040 的工艺代为 40 nm,由 8 个金属层形成,而 Apple U1 的工艺代为 16 nm,由 13 个金属层形成。

最近Techinsight在一篇博客文章里对比拆解了三星 SmartTag+ 和 Apple AirTag,着重对其中使用的UWB器件(NXP的SR040和苹果 U1 TMKA75)进行了性能比对。rh9ednc

先上结果:rh9ednc

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制造商 恩智浦 SR040 苹果 U1 (TMKA75)
裸片尺寸(Seal) 3.09 x 3.33 (10.29 毫米2 ) 2.97 x 3.27 (9.71 毫米2 )
UWB收发器和PLL(mm 2 占裸片的%) 1.8 毫米2 - 18% 2.8 毫米2 - 29%
电源管理(mm2–占裸片的%) 2.7 毫米2 - 27% 0.4 毫米2 - 4%
电源核心及其嵌入式存储器(mm2-占裸片的%) 3.6 毫米2 - 37% 5.5 毫米2 - 57%
代工和工艺 台积电,40 纳米 CMOS 台积电,16nm FinFET
金属层数 8(7铜,1铝) 13(12 铜,1 铝)

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可以看到,两个芯片的尺寸接近,且都由台积电代工,但其他差别很大,例如,SR040 的UWB收发器和电源管理占据了裸片面积的45%,而苹果 U1 仅占 33%。在处理器和内存方面,SR040占37%,苹果U1占57%。SR040 的工艺代为 40 nm,由 8 个金属层形成,而 Apple U1 的工艺代为 16 nm,由 13 个金属层形成。rh9ednc

以下是具体产品拆解:rh9ednc

三星 EI-T7300 (SmartTag+) 

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图 1. 三星 EI-T7300 (SmartTag+)rh9ednc

三星 EI-T7300 (SmartTag+) 中使用了恩智浦(NXP)的SR040 UWB 收发器处理器芯片。NXP Semiconductor SR040 采用 QFN 封装,该封装由一个引线键合到引线框架的单个管芯组成。这些测量的关键尺寸以及观察到的晶体管特征表明,SR040 芯片使用的是台积电的 40 nm CMOS 工艺。rh9ednc

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图 2. NXP Semiconductor SR040rh9ednc

SR040 芯片由一个 UWB 模拟前端收发器、几个电源管理电路、几个 SRAM 存储器、一个 ARM Cortex CPU 和几个 GPIO 组成。rh9ednc

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图 3. NXP Semiconductor SR040 芯片照片rh9ednc

让我们更深入地了解一下 UWB 模拟前端收发器。rh9ednc

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图 4. UWB 模拟前端收发器rh9ednc

UWB 收发器宏可分为两半。在下半部分,我们找到了射频信号路径,而射频和中频 PLL 在上半部分。接收器和发射器之间共享一个射频焊盘。rh9ednc

接收路径包括带有输入匹配电路的 LNA、RX 正交下变频混频器、一对无源滤波器、一对由两个二阶级组成的有源滤波器,最后是一对时间交错 ADC,每个包括逐次逼近型 sub-ADC。rh9ednc

发射阵容包括由两个级联sub-DAC 组成的 TX DAC、上变频 TX 混频器、功率放大器和 BALUN 变压器。rh9ednc

RF PLL 包括相同的基于 LC 谐振回路的振荡器。接收器所需的正交相位在振荡器附近产生,并使用差分共面传输线发送到它们的目的地。发射器使用相同的两个相位之一。由于发射机的 IF 部分不是正交的,因此必须在 RF PLL 中生成相位调制,并将其施加在混频器中的信号上。RX ADC 和 TX DAC 的时钟在 IF PLL 中生成,其中包括一个三级差分 CMOS 环形振荡器。rh9ednc

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图 5. 电路分析rh9ednc

Apple AirTag

UWB 对 Apple 来说并不是一个新概念。他们于2006年申请了“用于飞行时间测距和网络位置估计的超宽带无线电”的专利,此后至少申请了三项相关专利以上就是对使用用于跟踪对象的 UWB 通信标准的两种设备的简要总结。rh9ednc

一个只有 1/4 美分大小的设备可以拥有多个天线、无线电 IC、一个电池,并且可以继续作为双向无线电运行,在近一整年的时间里精确定位几英尺范围内的物体。rh9ednc

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 1. Apple AirTag 主要组件rh9ednc

Apple AirTag 配备Nordic nRF52832,其芯片采用 90nm 工艺节点制造,比稍旧的 2.4 GHz Noridc 收发器 IC 中使用的 180nm 工艺有了进步。AirTag 中的 nRF52832 是 WLCSP50 封装,比较大的 48 引脚 6 mm x 6 mm QFN 选项小 75%。选择 WLCSP50 而不是 QFN 封装可能有多种原因,其中之一可能很简单,例如需要更少的 PCB 空间来使用多功能 Nordic 芯片。rh9ednc

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 2. Nordic nRF52832 芯片照片rh9ednc

Apple U1 UWB SIP(​​系统级封装)——在一个总封装面积为 20.58 mm 2的单个封装内包含 Apple UWB 收发器、嵌入式晶振、Sony RF 开关和更小的分立元件。rh9ednc

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 3. Apple U1 UWB SiPrh9ednc

Apple AirTag 的无线电IC占整个可用 PCB 面积的不到30mm2或 6%。然而,AirTag 的性能,即它在保持连接到 Find My 网络方面的成功,不仅在于无线电 IC,而且在很大程度上依赖于它的天线和天线设计。rh9ednc

但是 AirTag 的小尺寸不允许像我们在其他更大的设备(如手机)中看到的单独的天线部件。相反,AirTag 有一个框架,上面设计了所有三个天线。rh9ednc

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 4. Apple AirTag 天线设计rh9ednc

苹果还在 AirTag 中加入了一个扬声器,它可以针对各种场景发出“啁啾声”。位于 PCB 上的 Maxim D 类音频放大器驱动扬声器。rh9ednc

值得注意的不仅仅是 AirTag 的功能和设计。AirTag 零售价低于 30 美元,估计制造成本为 10 美元(不包括软件成本和研发)。rh9ednc

追踪器并不新鲜,Apple 也不是第一个提供此类产品的公司。今天,我们还处于基于 UWB 的技术发展的早期阶段,需要提高数据隐私和效率等问题,目前仅用于更换车钥匙或寻找我的钱包,但在未来使用场景如何呢?值得期待。rh9ednc

责编:Echo
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