지능형 조명 및 건물 자동화에 사용되는 사물 인터넷(IoT) 장치는 단순한 제어 노드에서 풍부한 상호 연결된 시스템 기능으로 역할이 전환되면서 급속한 발전을 겪고 있습니다. 이러한 시스템은 더 높은 컴퓨팅 요구 사항, 강력한 보안 성능, 더 높은 무선 주파수(RF) 성능을 지원해야 합니다. 이러한 추세에 직면하여 설계자는 다중 프로토콜 연결, 고급 보안 기능 및 전력 효율성과 같은 다양한 요구 사항의 균형을 맞추는 동시에 BOM(재료 명세서) 비용과 시스템 복잡성을 줄이기 위해 노력해야 한다는 압박을 받고 있습니다. 이러한 새로운 IoT 애플리케이션의 요구 사항을 해결하는 열쇠는 고급 무선 SoC(시스템 온 칩) 장치를 채택하는 데 있습니다.
이 기사에서는 최신 IoT 장치 및 시스템 설계자가 직면한 문제를 자세히 설명하고 Silicon Labs의 차세대 무선 IoT SoC가 초저전력 아키텍처를 통해 이러한 문제를 해결하는 방법을 소개합니다. 이 아키텍처는 고성능 프로세서와 여러 전용 하위 시스템을 결합하여 실행 가능한 솔루션을 제공합니다.
다양한 요구가 더 높은 통합을 향한 장치의 진화를 주도하는 방법
LED 조명, 스마트 소켓, 스위치와 같은 애플리케이션에 사용되는 라인 구동형 스마트 장치는 더 짧은 개발 주기에 더 풍부한 기능을 제공할 것으로 점점 더 기대되고 있습니다. 이러한 장치의 설계자는 일련의 엄격한 요구 사항에 직면해 있습니다. 즉, BOM 비용을 엄격하게 제어하고 지속적인 운영 환경에서 장치의 예측 가능한 동작을 보장하는 동시에 더 높은 처리 기능, 여러 무선 표준 및 강력한 보안 성능을 통합해야 합니다.
무선 연결의 복잡성으로 인해 이러한 부담이 더욱 가중됩니다. 저에너지 Bluetooth(BLE), Zigbee, Thread 및 Matter 프로토콜이 점점 더 공존하면서 단일 프로토콜 또는 다중 칩 아키텍처 복합체를 기반으로 하는 솔루션이 만들어지고 있습니다. 외부 구성 요소를 통해 여러 이기종 프로토콜을 지원하면 개발 진행 속도가 느려지고 효율성이 낮아질 수 있습니다. 따라서 IoT 설계는 Silicon Labs의 SiMG301/SibG301 3 계열 무선 SoC(그림 1)와 같은 단일 칩 무선 SoC를 사용하는 방향으로 전환되었습니다. 이 유형의 칩은 애플리케이션 처리, 보안 기능 및 무선 작업을 단일 장치에 통합합니다.
고급 무선 IoT SoC는 전체 기능 스택 개략도를 통합합니다.
그림 1: 고급 무선 IoT SoC는 전체 기능 스택을 통합하여 초기 다중 칩 솔루션에 비해 더 높은 설계 효율성을 달성합니다. (이미지 출처: 실리콘랩스)
고급 아키텍처를 갖춘 이러한 SoC는 고성능, 강력한 보안 및 유연한 연결 기능을 제공하여 설계자가 빠르게 변화하는 스마트 장치 요구 사항에 보다 효과적으로 대응할 수 있도록 해줍니다.
통합 아키텍처는 새로운 IoT 애플리케이션의 다양한 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
SixG301 시리즈는 라인 구동 지능형 장치에 필요한 모든 기능을 통합합니다. 점점 더 복잡해지는 컴퓨팅 요구 사항을 충족하기 위해 SixG301 SoC는 디지털 신호 처리(DSP) 명령 및 부동 소수점 산술 장치(FPU)를 갖춘 150MHz Arm Cortex-M33 프로세서 코어를 기반으로 합니다(그림 2). 프로세서 하위 시스템은 코어를 온칩 RAM(Random Access Memory), 공동 패키지 플래시 메모리, DMA(직접 메모리 액세스) 컨트롤러 및 디버깅 인터페이스와 결합합니다. 또한 이 아키텍처는 연결, 보안, 에너지 관리, 시계, 타이머 및 주변 장치(LED 조명 전용 기능 포함)를 위한 전용 하드웨어 모듈을 통해 스마트 장치에 대한 포괄적인 지원을 제공합니다.
Silicon Labs의 EFR32BG22 SoC 아키텍처 회로도(확대하려면 클릭)
그림 2: SixG301 무선 SoC 아키텍처는 응용 프로그램 처리, 무선 연결 및 보안을 통합하여 확장 가능한 성능을 제공하고 회선 구동 스마트 장치에 대한 시스템 복잡성을 줄입니다. (이미지 출처: 실리콘랩스)
설계자에게 SixG301 시리즈는 광범위한 요구 사항을 충족할 수 있는 확장 가능한 솔루션을 제공합니다. Bluetooth 연결을 목표로 하는 스마트 장치 설계를 달성하기 위해 SiBG301 Bluetooth SoC 시리즈는 BLE, Bluetooth 메시 네트워크 및 독점 2.4GHz 애플리케이션을 지원합니다. SiMG301 다중 프로토콜 SoC 시리즈는 동일한 Bluetooth 옵션을 지원할 뿐만 아니라 Zigbee, Matter over Thread 및 OpenThread를 포함한 저속 데이터 전송률 무선 네트워크에 적합한 IEEE 802.15.4 물리 계층(PHY) 및 미디어 액세스 제어 계층(MAC)에 대한 지원도 추가합니다. 각 시리즈 내에서 다양한 모델은 최대 512KB의 RAM과 4MB의 보안 온칩 실행(XIP) 쿼드 채널 직렬 주변 장치 인터페이스(QSPI) 플래시 메모리를 제공하는 추가 구성 옵션도 제공합니다. 선택한 구성에 관계없이 SixG301 SoC 시리즈의 모든 구성원은 차세대 IoT 장치에 필요한 동일한 핵심 기능을 보유합니다.
고급 IoT 애플리케이션은 강력한 연결성을 기반으로 하며 SixG301 시리즈는 이러한 애플리케이션에서 흔히 볼 수 있는 간섭이 발생하기 쉬운 고밀도 환경에서도 안정적으로 작동하도록 설계되었습니다. 이 LPW(저전력 무선) 무선 장치 계열(그림 3)은 무선 프로세서 코어, RAM, 전용 전송 및 수신 신호 경로를 통합하여 완전한 연결 하위 시스템을 제공합니다.