高性能射頻是無線片上系統 （SoC） 的關鍵組成部分，為可穿戴設備的低功耗設計服務；增強現實 （AR） 和虛擬現實 （VR） 小玩意；以及智能鎖和電器等物聯網 （IoT） 設備。為了節省成本并加快上市時間，一種新的 SoC 設計模型正在出現，用于利用越來越多的可用于快速集成的無線 IP，用于低成本物聯網邊緣和節點設備。

無線 SoC 的主要構建塊包括射頻前端、射頻收發器、基帶、電源管理和應用處理器。在這里，以 IP 為中心的方法降低了風險并降低了高度集成無線 SoC 的進入壁壘。

這些 IP 系統通常包括完整調制解調器設計的參考芯片，其中包含 RF 收發器、功率放大器 （PA）、數字前端、物理層 （PHY） 固件和協議棧。此外，與純軟件解決方案相比，這些 IP 系統提供的專用硬件模塊功耗更低。

物聯網芯片越來越多地在單個芯片上集成多種連接機制，例如 Wi-Fi、藍牙、Thread 和 Zigbee。這需要靈活的無線電接口和豐富的外圍設備，如 I 2 C、UART 和 SPI。多協議無線 SoC 可服務于從工業自動化到無線耳塞等高級可穿戴設備再到專業照明等各種應用。

因此，服務于物聯網市場的芯片制造商越來越多地與 IP 供應商合作，在不花大錢的情況下組裝 SoC 構建塊。這使得 IC 供應商能夠快速推出僅需要外部天線的單芯片無線解決方案。

圖 1：適用于各種無線設計的 RF 收發器 IP 產品視圖。

本文將重點介紹快速興起的物聯網設計中射頻開發和 SoC 定制的這一根本轉變。首先，讓我們看幾個設計案例研究，它們展示了廣泛的無線 IP 如何幫助為下一代智能連接系統創建多協議 SoC。

經過硅驗證的無線 IP

以 Imagination Technologies 的Ensigma IP為例；它提供模擬前端 （AFE） 作為硬宏以及完全可合成的基帶 IP。為此，Imagination 與其射頻合作伙伴密切合作，以促進一系列射頻選擇，這些選擇可以與其數字基帶 MAC/PHY 產品一起使用。在這里，RF 嵌入到 PHY 和媒體訪問控制 （MAC） 固件中。

圖 2：這是使用 Whisper 無線電處理器 （RPU） IP 進行射頻和基帶集成的工作原理，用于可穿戴和家庭自動化設計中的短距離無線通信。

例如，Imagination 與 Synopsys 攜手優化其藍牙基帶 IP 的無線電驅動程序。Imagination 推出的 Ensigma 全球導航衛星系統 （GNSS） IP 內核凸顯了與 SaberTek 的另一項基于射頻的合作。

Ensigma Location GNSS IP核支持 GPS、GLONASS、Galileo 和北斗，以及廣域增強系統 （WAAS） 和歐洲地球同步導航覆蓋服務 （EGNOS） 等基于衛星的增強系統 （SBAS）。在無線電方面，Imagination 將其 Ensigma GNSS IP 與 SaberTek 的低功耗 RF IP 相結合，其中包括專為便攜式設計而設計的收發器、PA 和 AFE。

Ensigma IP 連接解決方案具有 Imagination 的后端產品化、預認證、表征和測試功能。Imagination 還與 Global Foundries 合作，為 GF 的 22FDX 工藝升級 Ensigma 通信 IP。

InPlay Technologies 的 SwiftRadio SoC 提供了另一個圍繞經過硅驗證的連接引擎構建的無線芯片示例。IN6xx 無線芯片將 CEVA 的 RivieraWaves 藍牙低功耗 （BLE） IP 與內部射頻設計相結合，其接收 （Rx） 靈敏度為 -97.5 dBm。

RivieraWaves IP平臺提供 BLE 和藍牙雙模連接，每個平臺都包含一個硬件基帶控制器和軟件協議棧。它支持所有藍牙 5 功能，包括 LE 2 Mbps 數據速率、遠距離和 LE 廣告擴展。

可編程射頻設計

上述硅合格射頻 IP 示例展示了芯片制造商如何利用射頻功能為通過物聯網系統連接的傳感器、相機、資產跟蹤器和智能儀表等便攜式設備創建高度集成的無線 SoC。它還允許開發人員繞過對廣泛的混合信號和射頻設計專業知識的需求。

此外，射頻、收發器、處理器和電源管理組件的單芯片集成使設計人員能夠消除額外的微控制器和內存組件，從而顯著減少材料清單 （BOM） 和電路板空間。

除了現代 SoC 在單個芯片上尋求更多功能之外，這些生產質量 IP 所做的是允許這些無線 SoC 促進動態協議支持。此外，這些 IP 產品使開發人員能夠從一組配置中進行選擇，從獨立到高度集成的 RF 解決方案，并進一步增加設計靈活性。

還值得一提的是，大多數 RF IP 都是可編程的，這允許開發人員動態設置高線性度和低功耗模式。他們還可以配置具有高動態范圍和靈敏度的通信通道。

無線連接在各種物聯網設計中持續增長，這需要無線 SoC 設備中更高水平的集成。這反過來又與 IP 供應商在簡化 IP 采購流程的同時擴大連接標準覆蓋范圍的努力非常吻合。

因此，差異化 IP 的出現正在迅速改變無線 SoC 格局，這并不奇怪。它還顛覆了長期以來認為射頻工程是黑魔法的觀念。

審核編輯：郭婷