隨著物聯(lián)網(wǎng)持續(xù)改變各個(gè)行業(yè)，圍繞無(wú)線連接組件所做出的設(shè)計(jì)決策變得越來(lái)越復(fù)雜。工程師們?cè)跒槠湮锫?lián)網(wǎng)應(yīng)用選擇組件時(shí)，常常面臨著在 IC 和無(wú)線模塊之間做出抉擇的兩難境地。這兩種選擇都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和需要權(quán)衡的方面，會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)復(fù)雜度、成本、可擴(kuò)展性以及產(chǎn)品上市時(shí)間等因素產(chǎn)生影響。這篇博客探討了與 IC 和無(wú)線模塊各自相關(guān)的技術(shù)考量因素和面臨的挑戰(zhàn)，并借鑒了 Silicon Labs 在無(wú)線解決方案方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)得出相關(guān)見(jiàn)解。我們將對(duì) IC 和模塊進(jìn)行技術(shù)對(duì)比，著重闡述每種方案的關(guān)鍵差異、優(yōu)勢(shì)以及隱性成本。

了解 IC 和模塊

IC (SoC) 是一種半導(dǎo)體器件，它在單芯片上集成了處理器、存儲(chǔ)器以及其他功能元件。使用 IC 進(jìn)行設(shè)計(jì)的工程師們必須開(kāi)發(fā)一塊配套的 PCB，其中包括天線設(shè)計(jì)、RF 匹配、電源管理以及其他組件。

另一方面，模塊是一種預(yù)集成系統(tǒng)，它包含一個(gè) IC 以及所有必要的支持組件，例如 RF 引腳/內(nèi)置天線、EMC 屏蔽、電源濾波、RF 匹配組件、天線組件，并且具備全球范圍的監(jiān)管認(rèn)證。模塊的設(shè)計(jì)旨在將實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整解決方案所需的硬件環(huán)境降至最低，從而降低設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度并減少認(rèn)證方面的工作量。

IC 和模塊的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)考量因素

RF 設(shè)計(jì)復(fù)雜性

• IC：RF 工程師必須精心設(shè)計(jì)并優(yōu)化天線布局、PCB 走線長(zhǎng)度以及匹配網(wǎng)絡(luò)。即使布局上存在細(xì)微的差異，也可能會(huì)降低信號(hào)性能，這就需要進(jìn)行大量的調(diào)試工作。
• 模塊：預(yù)先優(yōu)化的 RF 設(shè)計(jì)消除了對(duì)復(fù)雜天線布局和匹配的需求，從而減少了開(kāi)發(fā)時(shí)間和精力。

認(rèn)證與合規(guī)

• IC：使用 SoC 的產(chǎn)品需要針對(duì)每個(gè)目標(biāo)市場(chǎng)（如 FCC、CE 等）分別獲得監(jiān)管批準(zhǔn)，這可能既昂貴又耗時(shí)。
• 模塊：模塊帶有預(yù)先認(rèn)證的監(jiān)管批文，這大大降低了認(rèn)證成本和風(fēng)險(xiǎn)。

上市時(shí)間

• IC：RF 設(shè)計(jì)和認(rèn)證的復(fù)雜性可能會(huì)使產(chǎn)品的發(fā)布推遲 3-6 個(gè)月。
• 模塊：更快的開(kāi)發(fā)周期能夠使產(chǎn)品更快地進(jìn)入市場(chǎng)，這對(duì)于競(jìng)爭(zhēng)激烈的行業(yè)來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)至關(guān)重要的優(yōu)勢(shì)。

成本分析

• IC：初始組件成本較低，但設(shè)計(jì)和認(rèn)證費(fèi)用較高。適用于規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益能夠證明投資合理性的大規(guī)模生產(chǎn)。
• 模塊：?jiǎn)挝怀杀据^高，但設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)費(fèi)用有所降低。非常適合中低產(chǎn)量的生產(chǎn)情況。

IC 設(shè)計(jì)的隱性成本

正如 Silicon Labs 白皮書(shū)《無(wú)線 SoC 設(shè)計(jì)的六大隱性成本》所強(qiáng)調(diào)的那樣，采用 SoC 進(jìn)行設(shè)計(jì)會(huì)帶來(lái)一些常常被忽視的隱性成本：

• RF 專(zhuān)業(yè)知識(shí)：聘請(qǐng)專(zhuān)業(yè)的 RF 工程師，每年的費(fèi)用可能在 100,000 到 200,000 美元之間。
• 實(shí)驗(yàn)室設(shè)備：頻譜分析儀、電波暗室以及其他 RF 測(cè)試設(shè)備的費(fèi)用可能高達(dá) 50,000 美元。
• PCB 布局：實(shí)現(xiàn)最佳天線性能需要迭代 PCB 設(shè)計(jì)和制造周期。
• 認(rèn)證成本：在五年時(shí)間里，對(duì) SoC 進(jìn)行的監(jiān)管測(cè)試費(fèi)用可能會(huì)超過(guò) 50,000 美元。

SiP（系統(tǒng)級(jí)封裝）與 PCB 模塊

在考慮 IC 和模塊時(shí)，另一個(gè)因素是所使用的外形尺寸。

SiP 模塊

系統(tǒng)級(jí)封裝 (SiP) 模塊將多個(gè)組件集成到單個(gè)封裝中，提供了一種緊湊的解決方案，具備優(yōu)化的 RF 性能，尺寸更小（小于 12 x 12 毫米），組件預(yù)先集成，采用先進(jìn)的封裝技術(shù)（例如，堆疊式存儲(chǔ)器），針對(duì)高性能應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，并且需要精心進(jìn)行熱設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)。

PCB 模塊

PCB 模塊由一塊載板組成，各組件分別安裝在該載板上。它們提供了更簡(jiǎn)便的開(kāi)發(fā)流程和內(nèi)部原型設(shè)計(jì)方式，設(shè)計(jì)變更更加靈活，更容易進(jìn)行二次采購(gòu)，并且尺寸通常更大（大于 10 x 10 毫米）。

用于小型化物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的 SiP 模塊

Silicon Labs 的系統(tǒng)級(jí)封裝 (SiP) 模塊（比如 BGM220S）就體現(xiàn)了基于模塊設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。這些模塊具有集成的 RF 組件和屏蔽功能，為諸如可穿戴設(shè)備和智能傳感器等空間受限的應(yīng)用提供了卓越的尺寸和性能優(yōu)化方案。SiP 模塊的占位面積僅為 6.5 x 6.5 毫米，在確保強(qiáng)大 RF 性能的同時(shí)減少了 PCB 占用空間。

何時(shí)選擇 IC 與模塊

在以下情況下，IC 是理想的選擇：

• 高產(chǎn)量證明了前期設(shè)計(jì)和認(rèn)證成本的合理性。
• 設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)擁有 RF 專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并且能夠使用先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)施。
• 自定義 RF 優(yōu)化對(duì)該應(yīng)用至關(guān)重要。

在以下情況下，模塊是更佳選擇：

• 快速推向市場(chǎng)至關(guān)重要。
• 需要將監(jiān)管認(rèn)證成本降至最低。
• 該應(yīng)用需要緊湊且標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)。

平衡方法

在 IC 和模塊之間做出選擇取決于具體的項(xiàng)目需求、可用資源以及業(yè)務(wù)目標(biāo)。Silicon Labs 具備同時(shí)提供這兩種解決方案的能力，這確保了客戶能夠隨著自身生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和設(shè)計(jì)能力的提升，從使用模塊無(wú)縫過(guò)渡到使用 SoC。通過(guò)與單一供應(yīng)商合作，公司能夠保護(hù)自身在軟件方面的投資，并優(yōu)化其物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期成功。