硅认证RF IP加速多协议无线SoC的可用性

高性能射频是无线片上系统 （SoC） 的关键组成部分，为可穿戴设备的低功耗设计服务；增强现实 （AR） 和虚拟现实 （VR） 小玩意；以及智能锁和电器等物联网 （IoT） 设备。为了节省成本并加快上市时间，一种新的 SoC 设计模型正在出现，用于利用越来越多的可用于快速集成的无线 IP，用于低成本物联网边缘和节点设备。

无线 SoC 的主要构建块包括射频前端、射频收发器、基带、电源管理和应用处理器。在这里，以 IP 为中心的方法降低了风险并降低了高度集成无线 SoC 的进入壁垒。

这些 IP 系统通常包括完整调制解调器设计的参考芯片，其中包含 RF 收发器、功率放大器 （PA）、数字前端、物理层 （PHY） 固件和协议栈。此外，与纯软件解决方案相比，这些 IP 系统提供的专用硬件模块功耗更低。

物联网芯片越来越多地在单个芯片上集成多种连接机制，例如 Wi-Fi、蓝牙、Thread 和 Zigbee。这需要灵活的无线电接口和丰富的外围设备，如 I 2 C、UART 和 SPI。多协议无线 SoC 可服务于从工业自动化到无线耳塞等高级可穿戴设备再到专业照明等各种应用。

因此，服务于物联网市场的芯片制造商越来越多地与 IP 供应商合作，在不花大钱的情况下组装 SoC 构建块。这使得 IC 供应商能够快速推出仅需要外部天线的单芯片无线解决方案。

图 1：适用于各种无线设计的 RF 收发器 IP 产品视图。

本文将重点介绍快速兴起的物联网设计中射频开发和 SoC 定制的这一根本转变。首先，让我们看几个设计案例研究，它们展示了广泛的无线 IP 如何帮助为下一代智能连接系统创建多协议 SoC。

经过硅验证的无线 IP

以 Imagination Technologies 的Ensigma IP为例；它提供模拟前端 （AFE） 作为硬宏以及完全可合成的基带 IP。为此，Imagination 与其射频合作伙伴密切合作，以促进一系列射频选择，这些选择可以与其数字基带 MAC/PHY 产品一起使用。在这里，RF 嵌入到 PHY 和媒体访问控制 （MAC） 固件中。

图 2：这是使用 Whisper 无线电处理器 （RPU） IP 进行射频和基带集成的工作原理，用于可穿戴和家庭自动化设计中的短距离无线通信。

例如，Imagination 与 Synopsys 携手优化其蓝牙基带 IP 的无线电驱动程序。Imagination 推出的 Ensigma 全球导航卫星系统 （GNSS） IP 内核凸显了与 SaberTek 的另一项基于射频的合作。

Ensigma Location GNSS IP核支持 GPS、GLONASS、Galileo 和北斗，以及广域增强系统 （WAAS） 和欧洲地球同步导航覆盖服务 （EGNOS） 等基于卫星的增强系统 （SBAS）。在无线电方面，Imagination 将其 Ensigma GNSS IP 与 SaberTek 的低功耗 RF IP 相结合，其中包括专为便携式设计而设计的收发器、PA 和 AFE。

Ensigma IP 连接解决方案具有 Imagination 的后端产品化、预认证、表征和测试功能。Imagination 还与 Global Foundries 合作，为 GF 的 22FDX 工艺升级 Ensigma 通信 IP。

InPlay Technologies 的 SwiftRadio SoC 提供了另一个围绕经过硅验证的连接引擎构建的无线芯片示例。IN6xx 无线芯片将 CEVA 的 RivieraWaves 蓝牙低功耗 （BLE） IP 与内部射频设计相结合，其接收 （Rx） 灵敏度为 -97.5 dBm。

RivieraWaves IP平台提供 BLE 和蓝牙双模连接，每个平台都包含一个硬件基带控制器和软件协议栈。它支持所有蓝牙 5 功能，包括 LE 2 Mbps 数据速率、远距离和 LE 广告扩展。

可编程射频设计

上述硅合格射频 IP 示例展示了芯片制造商如何利用射频功能为通过物联网系统连接的传感器、相机、资产跟踪器和智能仪表等便携式设备创建高度集成的无线 SoC。它还允许开发人员绕过对广泛的混合信号和射频设计专业知识的需求。

此外，射频、收发器、处理器和电源管理组件的单芯片集成使设计人员能够消除额外的微控制器和内存组件，从而显着减少材料清单 （BOM） 和电路板空间。

除了现代 SoC 在单个芯片上寻求更多功能之外，这些生产质量 IP 所做的是允许这些无线 SoC 促进动态协议支持。此外，这些 IP 产品使开发人员能够从一组配置中进行选择，从独立到高度集成的 RF 解决方案，并进一步增加设计灵活性。

还值得一提的是，大多数 RF IP 都是可编程的，这允许开发人员动态设置高线性度和低功耗模式。他们还可以配置具有高动态范围和灵敏度的通信通道。

无线连接在各种物联网设计中持续增长，这需要无线 SoC 设备中更高水平的集成。这反过来又与 IP 供应商在简化 IP 采购流程的同时扩大连接标准覆盖范围的努力非常吻合。

因此，差异化 IP 的出现正在迅速改变无线 SoC 格局，这并不奇怪。它还颠覆了长期以来认为射频工程是黑魔法的观念。

审核编辑：郭婷