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[原创] Silabs EFR32MG1 ZigBee智能插座参考设计

关键词:ARM Cortex-M4 MCU ZigBee SoC EFR32MG1

时间:2017-03-28 15:30:31       作者:Silabs       来源:中电网

强大的Gecko zigbee&Thread系列SoC是无线Gecko组合的一部分。Mighty Gecko SoC是实现物联网设备的节能ZigBee&Thread网络的理想选择。

单管芯解决方案提供业界领先的能效,超快的唤醒时间,可扩展的功率放大器,集成的平衡-不平衡和不妥协的MCU功能。

Mighty Gecko应用程序包括

家庭互连
灯光
健康与保健
计量
家庭和楼宇自动化与安全

EFR32MG1主要亮点

32位ARM Cortex-M4内核,最高工作频率为40MHz
可扩展的存储器和射频配置选项可用于多个尺寸兼容的QFN封装
12通道外设反射系统,实现MCU外设的自主交互
自动硬件加密加速器和随机数发生器
2.4GHz集成平衡转换器和集成PA,2.4GHz时的发射功率高达19.5dBm,Sub-GHz无线电台的发射功率为20dBm
具有RF噪声抑制功能的集成DC-DC

图1  EFR32MG1框图

EFR32MG1主要特性

低功耗无线片上系统
高性能32位40 MHz ARMCortex®-M4,带DSP指令和浮点单元,用于高效信号处理
最多256kB闪存程序存储器
最多32kB RAM数据存储器
2.4GHz和Sub-GHz无线电操作
发射功率:2.4GHz无线电:高达19.5dBm;Sub-GHz无线电:高达20dBm
低能耗
8.7mA RX电流@2.4GHz
8.2mA TX电流@2.4GHz,0dBm输出功率
8.1mA RX电流@868MHz
34.5mA发射电流@868MHz,14dBm
在有源模式(EM0)下为63μA/MHz
1.4μAEM2深度睡眠电流(从LFXO运行的完全RAM保留和RTCC)
0.58μAEM4H休眠模式(128字节RAM保持)
通过信号强度检测,前导码模式检测,帧检测和超时唤醒无线电
高接收器性能
-94dBm灵敏度@1Mbit/s GFSK(2.4GHz)
-121.4dBm灵敏度@2.4kbpsGFSK(868MHz)
支持的调制格式
2FSK/4FSK,具有完全可配置外形
成形OQPSK/(G)MSK
可配置的DSSS和FEC
BPSK/DBPSK TX
OOK/ASK
支持的协议:专有协议、无线M-Bus
低功耗广域网
支持Internet安全
通用CRC
随机数生成
AES 128/256,SHA-1,SHA-2(SHA-224和SHA-256)和ECC的硬件加密加速
广泛选择MCU外设
12位1Msps SAR模数转换器(ADC)
2×模拟比较器(ACMP)
数模电流转换器(IDAC)
最多31个引脚连接到模拟比较器,ADC和IDAC之间共用的模拟通道(APORT)
多达31个通用I/O引脚,具有输出状态保持和异步中断
8通道DMA控制器
12通道外设反射系统(PRS)
2×16位定时器/计数器
3+4比较/捕捉/PWM通道
32位实时计数器和日历
16位低功耗定时器用于生成波形
32位超低功耗定时器/计数器,用于从任何能量模式周期性唤醒
具有异步操作的16位脉冲计数器
带专用RC振荡器的看门狗定时器@50nA
2×通用同步/异步接收器/发送器(UART/SPI/SmartCard(ISO 7816)/IrDA/I2S)
低能量UART(LEUART)
I2C接口,支持SMBus并在EM3停止中识别地址
宽工作范围:1.85V~3.8V单电源
集成DC-DC,低至1.8V输出,系统高达200mA负载电流
-40℃~85℃
QFN32 5mm×5mm封装
QFN48 7mm×7mm封装

图2  EFR32MG1详细框图

市场对标准驱动,低成本和低功率无线家庭自动化系统的需求日益增长。对于许多进入系统,通常使用智能插座来远程激活和停用输送到房间中的灯,个人风扇和消费电子产品的源功率。除了家庭自动化,消费者还使用一系列低成本传感器来进一步提高家庭自动化的自主行为。Silicon Labs已经开发出针对这些应用的紧凑且经济高效的智能插座参考设计。

Smart Outlet参考设计套件提供了下一代无线产品开发的最快路径。它解决了无线插座设计的主要挑战:电源分配和安全设计,无线网络的严峻挑战和电子认证。它具有15安培的强大负载能力,并且还具有Silicon Labs ZigBee堆叠,因此证明可以满足最苛刻的楼宇自动化系统的需求。该软件在ARM Cortex-M4,Mighty Gecko SoC上实现,为双协议或改变协议提供升级路径。

图3  EFR32MG1 ZigBee智能插座RD-0051-0201外形图

ZigBee智能插座RD-0051-0201参考设计

智能插座参考设计是针对无线控制插座插头的完整,预先认证的解决方案,可用于为各种家用和楼宇自动化产品供电和控制。由交流主电源线供电,智能插座可无线地与ZigBee网状网络通信。

智能插座设计功能

内置诊断和测量,具有用户友好的Web界面,用于无线控制和电流/电压监测,可从移动设备轻松访问
宽的交流电压范围(110V~240V),用于全局使用,以及稳定的15A负载电流
集成高精度传感器:环境光和温度/湿度
紧凑设计:6.5cm×6.5cm×4.0cm

ZigBee智能插座RD-0051-0201参考设计主要特性

Silicon Labs EFR32MG1P232F256GM48 ZigBee Pro电台
32位ARM Cortex-M4和DSP和FPU
2.4GHz IEEE802.15.4-2003收发器和下层MAC
AES 128/256,SHA-1,SHA-2(SHA-224和SHA-256)和ECC的硬件加密加速
256 kB用户可编程闪存,64kB RAM
灵活的ADC,UART/SPI/I2C串行通信和通用定时器
高效的Thumb-2指令集
硅实验室Si7021相对湿度和温度传感器
温度传感器准确度:±0.4℃
湿度传感器精度:±3%RH
I2C接口
Silicon Labs Si1141环境光传感器
环境光传感器范围:1至128千勒
I2C接口
附加硬件功能
集成PCB天线
能量监控设备
完整的数据包跟踪端口,用于RF通信调试
手动开关电源和网络连接的按钮
绿色网络/状态LED
红色电源状态LED
完全限定的BOM,用于0~55℃操作

图4  采用智能插座的ZigBee家庭自动化示意图
表1  ZigBee智能插座RD-0051-0201参考设计IST-A0074材料清单


图5  ZigBee智能插座参考设计IST-A0074 PCB设计电路图

图6  ZigBee智能插座RD-0051-0201参考设计电路图:IST-A0075
表2  ZigBee智能插座RD-0051-0201参考设计IST-A0075材料清单

表3  ZigBee智能插座参考设计材料清单


详情:
http://www.silabs.com/Support%20Documents/TechnicalDocs/EFR32MG1-DataSheet.pdf
http://www.silabs.com/Support%20Documents/TechnicalDocs/ug171-zigbee-smart-outlet-rd-0051.pdf

 

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