電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/莫婷婷）物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，讓各類通信技術之間的融合逐漸成為趨勢，包括LoRa、Chirp等領域的細分玩家都在尋找各個技術之間的融合解決方案。其中，低功耗窄帶Chirp物聯(lián)技術在國內(nèi)玩家的持續(xù)研發(fā)投入中也迎來了新的進展。

磐啟微電子作為低功耗窄帶Chirp物聯(lián)技術領域的知名企業(yè)，通過不斷的技術迭代，推出了新一代性能更強的ChirpIoT?終端芯片，以更高的靈敏度、更高的速率、更低的功耗，實現(xiàn)國內(nèi)廠商在Chirp技術上的又一突破。

Chirp窄帶擴頻技術應用場景擴大，生態(tài)鏈玩家加速推進

常見的擴頻系統(tǒng)分為直接擴頻（DSSS）、跳頻擴頻（FHSS）和時間跳變擴頻（也叫時間跳頻擴頻THSS）三種。其中直接擴頻又分為寬帶擴頻和窄帶擴頻；跳頻擴頻分為快速跳頻擴頻和慢速跳頻擴頻。寬帶線性調(diào)頻擴頻（Chirp，CSS）和混合擴頻也屬于擴頻技術，它們綜合了這三種常見擴頻的特點。

Chirp信號有著以下五大顯著優(yōu)點：一是芯片實現(xiàn)復雜度低，功耗低。二是擴頻增益大，靈敏度高。三是抵抗窄帶干擾能力好。四是容忍頻偏能力大，頻率分辨率強。五是對抗多徑能力強。

磐啟微電子研發(fā)副總經(jīng)理吳川在近期的“2023低功耗窄帶物聯(lián)創(chuàng)新應用生態(tài)大會”上介紹，Chirp不僅廣泛應用于軍事的雷達系統(tǒng)上，車載測距所用到的79G毫米波雷達、智能家居所用到的zigbee、手機定位用到的UWB以及物聯(lián)網(wǎng)通信中的LoRa都采用了Chirp技術。

面對Chirp廣闊的民用場景，磐啟微自2010年成立至今就一直在研究Chirp技術。13年的技術沉淀，磐啟微積累了在Chirp領域的技術優(yōu)勢，推出了Chirp技術平臺，包括射頻技術平臺、調(diào)制技術平臺、數(shù)字MCU平臺、通信協(xié)議平臺，并且對Chirp進行創(chuàng)新改進，推出了全新調(diào)制解調(diào)技術——ChirpIoT?，以及ChirpIoT?終端芯片、網(wǎng)關和模組等產(chǎn)品。

ChirpIoT?作為全新的調(diào)制解調(diào)技術，讓磐啟微的ChirpIoT?終端芯片有著天然的低功耗、高性能、遠距離、高靈敏度等特色。例如，磐啟微新推出的第二代低功耗遠距離無線收發(fā)芯片PAN3029，工作頻段為130MHz到1080MHz，靈敏度可達到-143dBm，輸出功率可達20dBm，支持半雙工無線通信。相比上一代，PAN3029在速率上提升至最高59kbps，上一代為21kbps。

圖：磐啟微PAN3029

PAN3029的性能得益于磐啟微電子對Chirp線性擴頻信號進行信號時域和頻域上的變化改進，因此ChirpIoT?信號能夠用于需要更遠距離傳輸?shù)膽妙I域，其應用領域包括電力、表計、傳感器、石油化工、光伏、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、安防、消防場景的火警報警器、緊急呼叫系統(tǒng)等。

當前，在國內(nèi)低功耗窄帶產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的共同努力下，Chirp的應用場景不斷擴大。北京智芯微電子推出的低功耗系列微控制器中，SCM326正是基于ChirpIoT?技術，工作頻段為400~510MHz，最低功耗為1.6uA，最大發(fā)射功率為20dBm，接收電流為12.5mA，面向無源柱頭監(jiān)測單元、無線溫濕度傳感器等應用領域。

北京智芯微電子主控芯片研發(fā)部經(jīng)理楊立新表示，“我們現(xiàn)在ChirpIoT?技術核心應用主要是兩類，一種是周界智能預警，另一類是信息傳輸。”

在周界智能預警的應用上，他舉了個例子，當有大型工程車輛進入時觸發(fā)聲光報警，可以通過SCM326窄帶物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡上傳至管控平臺，通知現(xiàn)場監(jiān)護人員進行查證，如果非登記車輛，給予驅(qū)逐，如果是登記車輛，則準許進入。除此之外，北京智芯微電子還將Chirp窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術應用在智能路燈上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測、遠程控制、智能節(jié)電等功能。

圖：周界智能預警裝置（智芯微電子）

在技術融合的趨勢下，Chirp窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術的拓展出更多創(chuàng)新應用場景。除了上述提到的周界智能預警、智能路燈，還能夠應用于光伏、電力、智慧園區(qū)等多個領域。

聯(lián)通(上海)產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)市場總監(jiān)顧超介紹，在智慧園區(qū)領域，公司與磐啟微展開合作，將ChirpIoT?成功應用在上海市崇明融媒體中心，提供數(shù)據(jù)自動采集和分析平臺，在很大程度上提升運營效率。該項目的價值在于通過園區(qū)物聯(lián)基座，集成大網(wǎng)+ChirpLAN?+其他智慧園區(qū)軟硬件系統(tǒng)和應用，形成園區(qū)生態(tài)基座；且定制開發(fā)了5G+ChirpLAN?網(wǎng)關+感知終端，具備了可復制5G+ChirpLAN?快速部署交付能力。

可以看到，LPWAN生態(tài)企業(yè)正在加速推動整個產(chǎn)業(yè)在技術融合以及技術落地等方面的進展，而ChirpIoT?將成為重要且關鍵的一環(huán)。


低功耗、高性能，Chirp技術持續(xù)演進

Chirp擴頻技術誕生于上世紀40年代，直至今年該技術還在不斷演進，磐啟微電子作為業(yè)內(nèi)低功耗窄帶Chirp物聯(lián)技術的知名企業(yè)，一直在探索Chirp的技術迭代。

磐啟微電子研發(fā)副總經(jīng)理吳川表示，“在研究過程中，其實我們一直在深入探究為什么Chirp調(diào)制波形能夠?qū)崿F(xiàn)這么優(yōu)的特性，我們也希望能夠發(fā)現(xiàn)更多這樣的調(diào)制技術來保證我們在低功耗廣域網(wǎng)更多的一些創(chuàng)新。”

在相位調(diào)制技術方面，磐啟微研究出PSK-Chirp技術，相比原來的Chirp技術，在性能不損失情況下，PSK-Chirp可實現(xiàn)大約33%的傳輸速率提升。在信號方面，混沌技術具備非周期、隨機性、不可預測的特點，Chirp技術具備低功耗、高性能、抗干擾的特點，磐啟微將兩種信號的優(yōu)勢結(jié)合，推出混沌Chirp技術，具備接收復雜度低，功耗低，靈敏度高等優(yōu)勢。

Chirp技術最重要的性能是靈敏度、傳輸速率、功耗以及組網(wǎng)性能等， 這些也是磐啟微在研究的迭代方向。

傳輸速率方面，當前采用Chirp技術的產(chǎn)品大部分都是小數(shù)據(jù)量的，但未來也會面對圖片、音頻、視頻等高性能終端應用帶來的大數(shù)據(jù)量壓力，因此需要進行更多的創(chuàng)新提升傳輸速率。吳川博士表示，磐啟微的多速率技術融合Chirp調(diào)頻、PSK調(diào)相，增加多天線STBC編碼技術，能夠?qū)鬏斔俾侍嵘?-4倍。

在靈敏度方面，面對未來的衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)天地一體化，即使現(xiàn)在的LoRa低軌衛(wèi)星通信的鏈路預算可以達到160dB，但還是不夠的。“因為低軌道衛(wèi)星的數(shù)量有限，要實現(xiàn)衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)天地一體化的窄帶物聯(lián)網(wǎng)在低軌道資源不夠的情況下，我們需要考慮中高軌衛(wèi)星，這時候它的鏈路預算要求比較高（約為160dB到180dB），接收靈敏度要更高。”在這方面，可以通過射頻通道堆積的方式，將單天線網(wǎng)關升級為多天線MIMO網(wǎng)關，提升接收性能，吳川博士提到。

在功耗方面，磐啟微當前的產(chǎn)品能夠做到Rx接收電流(mA)功耗4.1mA，為了讓下一代產(chǎn)品實現(xiàn)功耗下降，工藝提升、射頻電路架構(gòu)提升、數(shù)字電路功耗優(yōu)化都是重要的方式。

值得一提的是，磐啟微通過優(yōu)化設計MAPM幀結(jié)構(gòu)，降低載波監(jiān)聽功耗，實現(xiàn)網(wǎng)絡功耗的優(yōu)化。

前文提到的第二代ChirpIoT?系列芯片PAN3029正是磐啟微的最新技術成果，最大的創(chuàng)新之一是硬件喚醒點名功能，也就是MAPM。據(jù)了解，MAPM模式可以縮減長Preamble期間開啟RX時間，大大降低芯片的平均功耗。

圖：磐啟微的硬件點名功能

通過磐啟微展示的測試數(shù)據(jù)可以看到，非MAPM模式下，平均功耗約為3.25mA，MAPM匹配的情況下，平均功耗為0.37mA，MAPM不匹配時，平均功耗0.087mA，能夠節(jié)約97.3%的功耗。

磐啟微電子市場副總經(jīng)理楊岳明表示，MAPM在表計、傳感器、標簽等電池供電類物聯(lián)網(wǎng)應用中，有效節(jié)約網(wǎng)絡功耗可以達到70%以上。

通信技術龐雜多樣，各種技術之間取長補短，共同編織出龐大的物聯(lián)網(wǎng)市場。在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，Chirp被認為是LoRaWAN發(fā)展的重要引擎。磐啟微作為Chirp的技術玩家，與產(chǎn)業(yè)鏈上的合作伙伴一起探索ChirpIoT在更多創(chuàng)新領域的落地場景。

談及對Chirp技術的持續(xù)探索，吳川博士表示，我們希望通過對Chirp技術的思考和創(chuàng)新，持續(xù)推動窄帶物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，并且推出性能更強的下一代芯片來保證Chirp技術在窄帶物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。