基于EFR32MG21B SoC设备实现节能多协议、多频段网络

Silabs公司的EFR32MG21B是Gecko多协议无线系列SoC产品，组合了80MHz ARM Cortex-M33，高性能2.4GHz无线电，而集成的安全库提供高度安全能效的无线系统级芯片（SoC）用于物联网（ IoT）的。器件集成了32位ARM®Cortex®最大M33核核频率80MHz，有硬件1024KB工作和96KB RAM，12路外设反射系统涂层MCU外设能自主交互，集成了24 GHz 发送功率高达 20dBm 的功率放大器（PA），4x4 QFN 封装强大外设集合和装备 20 个健的 GPIO。手机具有出色的接收器：-14.5dBm 灵感度@250 kbps O-QPSK DSSS，- 97.5 dBm可能@1 Mbit/s GFSK，-94.4 dBm可能@ 2 Mbit/s GFSK和-104.9 dBm灵感度@ 125 kbps GFSK。部分支部的格式有GFSK和OQPSK。支持的包括协议蓝牙低（蓝牙5）、ZigBee和Thread.工作电压1.71V-3.8V、工作温度-40C到125C.主要应用包括物联网多协议设备、照明、家庭连接、网关和数字助理、建筑自动化和安全。本文介绍了EFR32MG21B主要特性、一体机和细节以及EFR32xG21 2.4 GHz 20 dBm无线入门板包括BRD4180B无线电板和无线STK主板主要与电路图。

EFR32MG21B SoC 非常适合为物联网设备实现节能的多协议、多频段网络。

单芯片解决方案结合了 80 MHz ARM Cortex-M33、高性能 2.4

GHz 无线电和集成安全保险库，为物联网连接应用提供高度安全、节能的无线 SoC。

EFR32MG21B主要特性：

• 32 位 ARM® Cortex®-M33 内核，最大工作频率为 80MHz

• 高达 1024 kB 的闪存和 96 kB 的 RAM

• 支持 MCU 自主交互的 12 通道外设反射系统

外围设备

• 具有高达 20 dBm （2.4GHz） TX 功率的集成 PA

• 采用 4x4 QFN 封装的强大外设集和多达 20 个 GPIO EFR32MG21B 应用包括：

• 物联网多协议设备

• 灯光

• 互联家居

• 网关和数字助理

• 楼宇自动化和安全

图1.EFR32MG21B灯

EFR32MG21B主要特性：

• 低功耗无线片上系统

• 高性能 32 位 80 MHz ARM Cortex®-M33，带有 DSP 指令和浮点单元，可实现高效的信号处理

• 高达 1024 kB 的闪存程序存储器

• 高达 96 kB RAM 数据存储器

• 2.4 GHz 无线电操作

• TX 功率高达 20 dBm

• 低能耗

• 8.8 mA RX 电流在 2.4 GHz （1 Mbps GFSK）

• 2.4 GHz 时 9.4 mA RX 电流（250 kbps O-QPSK DSSS）

• 9.3 mA TX 电流 @ 0 dBm 输出功率，2.4 GHz

• 33.8 mA TX 电流 @ 10 dBm 输出功率，2.4 GHz

• 活动模式 （EM0） 下为 50.9 μA/MHz

• 5.0 μA EM2 DeepSleep 电流（96 kB RAM 保留和从 LFXO 运行的 RTC）

• 4.5 μA EM2 DeepSleep 电流（16 kB RAM 保留和从 LFRCO 运行的 RTC）

• 高接收器性能

• -104.5 dBm 灵敏度 @ 250 kbps O-QPSK DSSS

• -97.5 dBm 灵敏度 @ 1 Mbit/s GFSK

• -94.4 dBm 灵敏度 @ 2 Mbit/s GFSK

• -104.9 dBm 灵敏度 @ 125 kbps GFSK

• 支持的调制格式

• GFSK

• OQPSK

• 协议支持

• 低功耗蓝牙（蓝牙 5）

• Zigbee

• 线

• 多种 MCU 外设选择

• 12 位 1 Msps SAR 模数转换器 （ADC）

• 2 × 模拟比较器 （ACMP）

• 多达 20 个具有输出状态保持和异步中断的通用 I/O 引脚

• 8 通道 DMA 控制器

• 12 通道外周反射系统 （PRS）

• 2 × 16 位定时器/计数器

• 3 个比较/捕获/PWM 通道

• 1 × 32 位定时器/计数器

• 3 个比较/捕获/PWM 通道

• 32 位实时计数器

• 用于波形生成的 24 位低能耗定时器

• 2 × 看门狗定时器

• 3 × 通用同步/异步接收器/发射器

（UART/SPI/智能卡（ISO 7816）/IrDA/I2S）

• 2 × I2C 接口，支持 SMBus

• 宽工作范围

• 1.71 V 至 3.8 V 单电源

• -40C 至 125C 环境温度

• 安全保管库

• AES128/192/256、ChaCha20-Poly1305、SHA-1、SHA-2/256/384/512、ECDSA+ECDH（P-192、P-256、P-384、P-521）的硬件加密加速， Ed25519 和

Curve25519、J-PAKE、PBKDF2

• 真随机数生成器 （TRNG）

• ARM® TrustZone®

• 安全启动（信任安全加载程序的根）

• 安全调试解锁

• DPA 对策

• 使用 PUF 进行安全密钥管理

• 防篡改

• 安全证明

• QFN32 4x4 毫米封装

• 0.4 毫米间距

图2.EFR32MG21B详细

EFR32xG21 2.4 GHz 20 dBm 无线入门板

带有 BRD4180B 无线电板的无线入门套件是熟悉 EFR32™ WirelessGecko 无线片上系统的绝佳起点。它还为开发 Silicon Labs 无线应用程序提供了所有必要的工具。

BRD4180B 是无线入门套件主板的插件板。它是 EFR32xG21 无线 SoC 的完整参考设计，具有匹配网络和 PCB 天线，可在 2.4 GHz 频带中提供 20 dBm 输出功率。

无线入门套件主板包含一个带有数据包的板载 J-Link 调试器

跟踪接口和虚拟 COM 端口，支持应用程序开发和调试

连接的无线电板以及外部硬件。主板还包含

传感器和外围设备，用于轻松演示 EFR32 的许多功能。

本文档介绍了如何将 BRD4180B 无线电板与 WirelessStarter Kit 主板一起使用。

BRD4180B无线电板主要特性：

• EFR32xG21 无线 Gecko WirelessSoC，具有 1024 kB 闪存和 96 kB RAM

（EFR32MG21A020F1024IM32）。

• 倒 F PCB 天线（2.4 GHz 频段）

• 2 个用户彩色 LED（红色和绿色）

无线STK主板主要特性：

• 高级能源监控器

• 数据包跟踪接口

• 虚拟 COM 端口

• SEGGER J-Link 板载调试器

• 外部设备调试

• 以太网和 USB 连接

• 低功耗 128x128 像素存储器 LCDTFT

• 用户 LED/按钮

• 20 针 2.54 毫米 EXP 接头

• 用于无线 SoC I/O 的接线板

• CR2032 纽扣电池支持

图5.入门板材料发布图

图6.入门板电极

图7.主板连接器布局图

EFR32xG21无线壁虎入门板（SLWSTK6006A）

EFR32xG21 无线 Gecko 入门套件 （SLWSTK6006A） 包括使开发人员能够创建网状网络和评估具有安全元件的 EFR32xG21A 和具有安全 Vault 系列 2 无线 Gecko SoC 的 EFR32xG21B 所需的一切。该套件提供通用基板并带有 6 个 xG21A 模块 （SLWRB418xA）。如果您想评估 EFR32xG21B，您必须单独购买 xG21B 模块 （SLWRB4181C +10 dBm）。

 

图9.EFR32xG21无线Gecko入门板电路图（1）

图10.EFR32xG21无线Gecko入门板电路图（2）

图11.EFR32xG21无线Gecko入门板电路图（3）
       责任编辑:pj