图1、SiP（system-in-package）技术简化无线物联网（IoT）的设计

通常需要一系列的技能才能在物联网领域中创造出一项成功的业务，其中芯片销售一般在几美元每PCS，竞争激烈，同时电路设计和软件需要支持多种无线标准，同时必须与制造能力相结合。

Silicon Labs（https://www.silabs.com/）的高级副总裁兼物联网（IoT）产品总经理的Daniel Cooley表示，目前有三大趋势正在影响物联网（IoT）终端设备的制造，这种终端设备通常是将MCU，RF收发信机和嵌入式闪存结合在一起的。

Cooley说：“嵌入式SoC的内存量包括RAM和非易失性存储器都有爆炸式的增长。今天的多协议无线软件堆栈，图形处理和安全性要求通常将过去的内存大小翻两倍或者是翻四倍。

其次，虽然物联网边缘设备（IoT Edge devices）继续使用后沿（trailing-edge）技术，但是它们也正在转向使用更先进的工艺节点。然而，这种运动部分原因是由所选择的可用的嵌入式闪存所造成的。

Cooley表示，第三，运行经过验证的软件堆栈的经过预认证的系统级封装（SiP，system-in-package ）解决方案“正在变得更加重要”。而这些SiP通常封装了MCU，集成天线和屏蔽，电源管理，晶体振荡器以及电感器和电容器等。尽管Silicon Labs多年来一直在运行多芯片模块，但SiP正在获得青睐，部分原因在于它们可以由在无线开发方面的专业知识相对较少的工程师来快速部署。

“就个人而言，我相信非常先进的SIP越来越成为标准的产品，而不是特立独行格格不入。它们是一个完整的解决方案，就像是一个PCB模块，但是装有塑料模具封装。 SiP制造商正在变得非常复杂，我们已经准备好采用这种技术并更广泛地应用它。“他说。

例如，Silicon Labs最近推出了一款测量6.5×6.5 mm的蓝牙SiP模块，这款模块专为运动和健身穿戴设备，智能手表，个人医疗设备，无线传感器节点以及其他空间受限的连接设备而设计。

图2、Silicon Labs推出超小尺寸蓝牙SiP模块

“我们已经建立起多芯片封装 - 它们可以追溯到公司的第一批产品 - 但是直到今天我们才完成了一款包含内置天线的完全经过认证的模块。 SiP模块简化了上市流程。客户只需将其放在PCB上并连接上电源和地即可。当然，他们可以使用内置接口来附加在其它芯片上，但是它们不需要使用任何其他芯片来使蓝牙系统工作，“Cooley说。

“通过认证的SiP模块进行设计可以提供更好的数据吞吐量，并且能够提高可靠性。 Cooley表示，SiP方法对于那些“没有经历过在市场中推出无线产品的过程”的终端客户尤为有利。

图3、系统级封装（SiP）解决方案简化了工程师使用蓝牙和低能耗无线网络的设计周期。

SiP封装了一个带有天线和多个其他组件的无线SoC，占地面积小。

图4、SiP为物联网（IoT）设计师带来众多好处

通过声音控制

Silicon Labs的BGM12x Blue Gecko SiP是针对支持蓝牙功能的应用开发的，随着像亚马逊的回声（Echo），苹果的 HomeKit和Google Home这样的生态系统的增长，这一类型的应用和正在迅速扩大。

图5、SiP封装了一个带有天线和多个其他组件的无线SoC，占地面积小

BGM12x Blue Gecko SiP旨在支持蓝牙功能

Matt Maupin是Silicon Labs的网状网络（mesh networking ）产品的产品营销经理，网状网络（mesh networking ）产品包括用于低功耗Zigbee和Thread无线连接的SoC和模块。当被问及如何将家庭照明系统与亚马逊，苹果，谷歌，Nest以及其它厂商出售的智能家庭“生态系统”联系起来时，Maupin表示，主要的照明供应商，如欧司朗（OSRAM），飞利浦（Philips）等等，由于Zigbee具有网状网络功能而经常使用ZigBee而不是蓝牙来进行照明系统的连接设计 （尽管有些制造商使用蓝牙低功耗（BLE）来实现手机的点对点控制）。

“设备直接连接的能力取决于所使用的相同协议。目前Google和Amazon产品不支持Zigbee或者Thread连接，“Maupin解释说。

通常，这些照明装置连接到一个hub上。例如，亚马逊的Echo和Google的Home“都通过飞利浦的hub来控制飞利浦灯。通信发生在以太网上（无线或者有线，取决于hub所支持的通信方式）。飞利浦的hub也支持HomeKit“他说。

Maupin自己的家庭配置设置中飞利浦灯通过Zigbee连接到飞利浦的Hub上，然后通过Hub的以太网端口连接到Internet上，而亚马逊的回声是通过WiFi连接到以太网。

分散的物联网（IoT）市场

IoT系统可以分为处理大量数据的高性能数字处理器，以及驱动一组不同要求的“终端节点”产品。 Silicon Labs全球业务高级副总裁Sandeep Kumar表示，RF，超低功耗流程和嵌入式NVM对于许多终端应用来说至关重要，代工厂（foundries ）可能需要几年的时间才能开发出这些超过了其可用基础技术的产品。

“40nm是大数字公司的老工艺技术节点。而对于物联网（IoT）终端节点我们需要具有超低泄漏电流和嵌入式NVM的低成本的RF工艺，现有技术是55nm; 而40nm工艺正在做好准备，“库马尔说。

嵌入式闪存或任何NVM需要的开发时间长，因为最常见的是，它不是由代工厂本身开发的，而是由其它独立公司如Silicon Storage Technology（SST，http://www.sst.com/）开发的（（SST自2010年以来一直是Microchip Technology（https://www.microchip.com/）的一部分））。

Foundries厂将在开发完基础工艺后实施IP。 通常，eFlash需要滞后几年后才具有大规模应用的能力，而Kumar则指出：“40nm eFlash目前还不能用于大批量生产的终端设备中。 ”

同样，超低泄漏版本的技术节点需要时间和设备投资，以及与IP合作伙伴的合作。Foundries客户和无晶圆厂设计公司必须重新认证低泄漏工艺。Kumar说：“所有模型的变化和模拟都必须重做。”

Silicon Labs的量产的大部分的物联网（IoT）产品采用的是180nm工艺，而其他非IoT产品使用的是55nm工艺。 Blue Gecko wireless SoCs目前用90nm工艺设计，而新设计将会采用更先进的工艺节点。

SiP在测试方面的优势

IoT是一个基础广泛的市场，有成千上万的客户以及大量的小批量定制应用。在过去十年中，Silicon Labs部署了一种内部开发的专有的超低成本测试仪， Silicon Labs的测试仪比市售的测试仪更具成本效益，这在市场上具有重要的成本优势，使得其无线MCU只需几美元就可以销售给大量的只需要少量采购的客户。

“测试增加了成本，这是我们战略的关键部分。我们使用我们内部开发的测试仪，用于我们广泛的产品中，并且可以有效地管理成本。“Kumar说。

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