1.6美元的嵌入式Wi-Fi 6芯片来了，泰裤辣-- 迪族网

1.6美元的嵌入式Wi-Fi 6芯片来了，泰裤辣

来源：电子工程世界　2023-06-23 06:24:27

“随着 Wi-Fi 6 和 Wi-Fi 6E 的加速采用，预计 2023 年 Wi-Fi 6 设备的全球出货量将达 25 亿台。如今的 Wi-Fi 非常适合解决各种工业物联网应用需求，德州仪器等公司的创新技术可帮助扩大应用的数量，如电动汽车充电系统、智能仪表和智能家电，这些应用可以依靠 Wi-Fi 在物联网市场中提供可靠、一致的高效连接。”这是Wi-Fi 联盟首席执行官 Kevin Robinson不久前在德州仪器（TI）发布最新一代Wi-Fi 6 和低功耗蓝牙 SimpleLink芯片时所说。

这款产品美元起售，堪称高性价比典范，就差拿起喇叭，对工程师直接喊：“工程师家人们，我已经帮你们把Wi-Fi 6价格打到底了。”

(相关资料图)

向Wi-Fi 6进军

几乎所有人都离不开Wi-Fi，这并不是一句笑话。随着互联网的普及化，手机、电脑、电视、小家电等等都已经通过Wi-Fi接入网络之中，不但可以获取到互联网的内容，同时还可以进行互操作。

根据Wi-Fi联盟所述，Wi-Fi设备年交付能力将达到数十亿个，到2025年，Wi-Fi将连接270亿台物联网设备，Wi-Fi构建的全球经济价值有望达到5万亿美元。目前Wi-Fi已经成为了年交付几十亿的重要市场。

Wi-Fi联盟发布的Wi-Fi及Wi-Fi 6（E）前景

Wi-Fi发展浪潮和信息技术相类似，从最初的PC到手机、再到智能家电，如今随着工业行业的发展，边缘智能，边缘计算等需要网联化，这也将为Wi-Fi赋予新的场景与内涵。如今，Wi-Fi标准已经演进到Wi-Fi 6并且迅速在市场上得到广泛认可。目前距离Wi-Fi 5的发布已经过去了十年，Wi-Fi 4更是过去了15年之久，人们需要一项全新技术来提升联网体验。

从 Wi-Fi 规范的演变来看， (Wi-Fi 4) 比 (Wi-Fi 5) 更适合物联网应用。原因之一是是双波段（ GHz 和 5 GHz），而Wi-Fi 5是基于 5 GHz 的单波段。对于嵌入式应用，相比于 5 GHz 频率， GHz 的范围和更好的物体穿透力会更有用。此外，由于协议复杂性较高，基于的系统成本和功耗也更高。虽然Wi-Fi 5确实提供了增强的吞吐量，但提供的数据传输速率对于大多数电池供电的物联网应用来说已经绰绰有余了。

但Wi-Fi 6却与众不同。

也许像以往一样你只是认为Wi-Fi 6只是简单的升级了速率，这对于某些嵌入式应用来说并不是真正的刚需。

但正如TI在一篇博文《Wi-Fi 6鲜为人知的功能》中所述，Wi-Fi 6几个鲜为人知的功能，针对成本敏感型 IoT 应用进行了优化。人们知道 Wi-Fi 支持智能手机和笔记本电脑千兆位/秒的高吞吐量选项，但 Wi-Fi 6 现在包含了速率最低为数十兆位/秒的特性，从而实现全新的节能协议、范围增强和频谱扩展，这些协议可以使IoT设备实现更好的联网体验。

接下来就来详细介绍一下Wi-Fi 6在嵌入式中的改进体验。

嵌入式Wi-Fi 6的优势和挑战

Wi-Fi6兼容了Wi-Fi4与Wi-Fi5的优点，不仅能兼容低速和高速设备，还能拥有更高的数据容量和更高的传输速度。

Wi-Fi 6 特性	适用于 IoT 应用的优势
Wi-Fi 保护接入 3 安全性	提供面向消费者和企业网络的新安全协议。前几代 Wi-Fi 可能提供此选项，但这是 Wi-Fi 6 的必备特性。
接入新分配的 6GHz 频谱	在全球范围内提供高达 1GHz 的全新未授权频谱，其频段为 6GHz，供 Wi-Fi 6 使用。这将减少网络拥塞，进而提高吞吐量，同时降低延迟和功耗。（前几代 Wi-Fi 将不会在 6GHz 频段内工作）
目标唤醒时间协议	使产品能够灵活地与 Wi-Fi 接入点协商唤醒和睡眠时间，这有助于延长功耗敏感型应用的电池寿命。
从接入点发送触发帧	Wi-Fi 6 允许接入点向网络中触发通信的特定产品发送触发帧。这是对传统网络所使用随机传输和冲突技术的增强。触发帧能够减少网络冲突并提高服务质量。
正交频分多址	这是一种物理层方案，支持在多达九个 IoT 设备之间拆分单个 20MHz 信道，使其能同时收发，从而减少网络延迟和冲突并提高频谱效率。
多用户多输入、多输出	该技术能够实现通过单个接入点同时与多个 IoT 产品进行通信，从而提高网络容量并减少延迟。
基本服务集着色	该技术支持 IoT 产品在检测到来自其未连接接入点的信号时进行传输（早期的 Wi-Fi 不支持此操作）。这能够提高吞吐量并降低延迟，尤其是对密集的网络部署而言。

如表所示，TI总结出了多项关于Wi-Fi 6在物联网中的特性优势。总而言之，更安全、更省电、更可靠、更多接入点、更低延迟、更高数据量等，让IoT设备可以更好地用上Wi-Fi。

除此之外，Wi-Fi联盟也给出了更多Wi-Fi优势，包括基于标准、可互操作的技术；无所不在的连接；性价比高，部署简单等等。

Wi-Fi联盟列举的Wi-Fi在IoT领域的优势

上图形象的说明了Wi-Fi 6用于IoT的四大特点

其中OFDMA（正交频分多址）是Wi-Fi 6引入的一种更高效的数据传输模式，将无线信道划分为多个子信道(子载波)，形成一个个频率资源块，用户数据承载在每个资源块上，而不是占用整个信道，实现在每个时间段内多个用户同时并行传输。而Wi-Fi 5的OFDM每个信道只允许单用户发送数据，这样就无法充分利用传输资源。如果理解成运货，OFDMA是一趟车中混编各种订单，让货运满载发出，而OFDM则是是按不同用户的订单发车，所以有些订单量小的车没有装满就出发了。因此，OFDMA的效率更高，装载率更满。

MU-MIMO(Multi-User Multiple-Input Multiple-Output)多用户多入多出，即允许路由器同时与多个设备通信，而不是依次进行通信。Wi-Fi 5尽管引入了MU-MIMO，但是只允许路由器一次与四个设备通信，而且只支持下行MU-MIMO。Wi-Fi 6将允许路由器一次与多达8个设备同时通信，且同时支持上下行MU-MIMO。相当于直接将马路直接从单向四车道扩展为双向8车道，尤其是上行无需排队，这也极大增强了运输效率。

虽然OFDMA和MU-MIMO两者都是针对多用户的技术，将串行传输变为并行传输，但其实两者还是有很大差别的。OFDMA实现频域空间的多路并发，适合小数据流应用；而MU-MIMO是实现物理空间上的多路并发，适合大数据包的并行传输。

目标唤醒时间（TWT）顾名思义，就是路由器和设备之间就何时休眠或醒来进行更有效的通信。TWT协议建立之后，设备Wi-Fi与AP彼此知道数据传输时间，在其他时候可以进入休眠状态，并在需要传输之前准备好信道进行通信即可，这降低了搜索及握手无线信号的时间，从而有效节省了电力。

基本服务集染色技术，是为了缓解多AP下彼此信道的干扰。通过在数据包中增加6个bit的标识符，可以区分不同AP相同信道的BSS（基本服务集），这个标志符就是染色。路由器接收到数据包后，无需整包打开后再决定是否有用，而是通过解读染色（6bit标识符）即可快速判断是否是需要的数据包，从而实现了空间频段复用，并增强了抗干扰性，且避免信道拥堵。

总的说来，在这些新技术的驱动下，Wi-Fi 6已经可以应用于更严苛的环境中，并显著改善数据传输体验。

2022年，无线宽带联盟（WBA）发布过一篇名为《应用于工业互联网的Wi-Fi 6/6E：在万物互联的世界中实现确定性的Wi-Fi》的白皮书，将时间敏感网络TSN的特性引入到Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E的无线网络，以便满足工业互联网对于无线通信技术独特而严苛的需求。白皮书中还介绍了Wi-Fi 6/6E在工业互联网中的重点应用，涵盖自主移动机器人AMR、基于位置的服务、安全控制、预测性维护、增强现实/虚拟现实/混合现实（AR/VR/MR）、安全控制等。WBA通过与几家相关领域公司的实践证明，Wi-Fi 6/6E具有的新特性，可以提供类似于5G的确定性访问，包括有限的低数据包延迟、受控的数据包抖动、可靠性增强以及Wi-Fi 时间敏感网络 (WTSN) 功能等。比如思科、英特尔和合作伙伴在 AMR 和 AGV 的用例中，满足了众多关键要求，包括 <10-20 毫秒的延迟、<50 公里/小时的速度和 .% 的可靠性。以及思科和 Mettis Aerospace 致力于传感器应用，其中的要求包括非常高的可靠性、低功耗和高器件密度。

即便如此，Wi-Fi部署还是充满着非常多的挑战。TI中国区技术支持总监师英列举道，首先是要保证射频性能一致性及可靠性；其次是成本；第三是安全；第四是设计门槛；第五是无线干扰；最后则是标准认证。

TI的Wi-Fi 6将面向哪些场景？

这是TI第一次推出Wi-Fi 6芯片，根据描述，该产品可以广泛应用在电网基础设施、楼宇和家居自动化、电器、医疗、零售自动化以及打印机等涵盖工业和消费等广泛的场景中。

第一批的两个芯片是 CC3300 单模和 CC3301 Wi-Fi 6 + BLE 双模配套芯片。之所以称之为配套，是因为内部没有集成应用处理器，需要外部处理器执行操作系统、上层协议等工作。师英指出，目前的电子系统中基本上都有一个已经非常强大的处理器或者MCU，这些设备几乎都有无线网络接入需求，此时通过简单的添加CC3300或CC3301，并通过SDIO/SPI/UART丰富的总线接口进行连接。

TI给出的例子是可以连接至诸如TI全新 AM62A Arm Cortex视觉处理器等支持人工智能 (AI) 的处理器，在智能家电和安防摄像头等边缘 AI 应用中将支持 Wi-Fi 的智能设备可靠连接至云端。

此外，也可以和TI的CC2652R7 SimpleLink 多协议无线 MCU 或 AM243x MCU 主机系统配合使用，通过 Wi-Fi 6、蓝牙低功耗、Thread、Zigbee 和 Matter 协议实现更高的物联网灵活性。

实际上，通过接入Wi-Fi，可以诞生出很多前所未有的应用。TI的一个演示是将充电桩上加入Wi-Fi功能，使其连接到电网IT系统中，用户可以实时监测充电情况，而电网也可以实时监测负载情况并灵活调整。而在更大层面，未来随着户用光伏发电、储能、充电多合一场景的商用实现，无论是家庭用户还是电网，都可以更灵活的运用大数据来实现科学合理的电力分配。

TI产品的与众不同之处

虽然相比有些公司，TI的Wi-Fi 6产品并不算早，预计2023年四季度才正式量产。但考虑到目前除了手机和部分家庭应用之外，Wi-Fi 6并没有广泛铺设，因此Wi-Fi 6的竞争才刚刚开始。根据Wi-Fi联盟在2022年发布的预计表示，Wi-Fi 6市场将会持续增长，届时Wi-Fi6的产品将超过25亿部，远高于15亿部的5G设备，这其中将包括众多嵌入式市场。

而为了打响Wi-Fi 6市场，TI做的第一步就是让产品更具性价比，美元的起售价也让更多嵌入式设备有增加Wi-Fi的可能性，将极大拓展Wi-Fi 6的可用性。

CC330x系统简图，可以看到基本的Wi-Fi 6功能都有

其次，Wi-Fi 6在包括数字编码、射频链路设计方面具有多项挑战，借助TI在无线互联领域二十余年的设计经验，进行了诸多优化，这其中包括发射功率、接收灵敏度、带外抑制、带内倒选择性以及噪声环境下的鲁棒性等等。

第三，则是产品温度范围是-40°C 至 105°C宽温，相对于其他大部分85℃的产品，TI产品更适合部分严苛的环境中运行。

第四是TI为确保产品质量，制定了严格的测试标准。该产品已经在世界范围内与不同厂家的设备进行了互通互联性测试，并且是在多于230个接入点，嘈杂的外部信号干扰情况下进行的7天12小时压力测试，这也为工业Wi-Fi 6奠定了坚实基础。

第五，在安全方面，不仅支持 WPA3 加密技术，而且还支持固件身份认证。

不过目前Wi-Fi 6推出的是的产品，但师英也表示未来TI也会按照Wi-Fi 6的标准推出5GHz双频甚至6GHz三频的产品。

值得一提的是TI在无线连接领域具有极强的广度和深度。在广度方面，TI可提供15 种无线互联技术，支持包括Wi-Fi、BLE、Thread、Matter、Sidewalk、Wi-Sun等通信协议，另外也提供包括MCU、处理器等丰富的产品类别，可以与无线芯片自由组合，以及包括内置处理器的无线SoC，灵活满足不同场景应用。

而在深度方面，此次发布的CC330x 器件是TI的第 10 代连接组合芯片，这足以说明TI在Wi-Fi市场的历史地位。作为WECA（无线以太网兼容性联盟 Wi-Fi联盟前身）的发起人，TI一直以来都在积极推动Wi-Fi技术的商用速度。比如，在2001年，TI推出的ACX100 Wi-Fi芯片在覆盖范围方面比现有解决方案提高了 70%，该产品用于PCMCIA笔记本无线网卡中，可以轻松将笔记本升级至支持Wi-Fi。彼时，一块PCMCIA无线网卡售价约为 100 到 125 美元，通过TI 技术，PCMCIA的价格下降至80美元。通过这种更高性价比的产品，TI极大降低了Wi-Fi普及门槛，从而推动了Wi-Fi技术的普及。

到了移动通信时代，通过手握爱立信和诺基亚两个重要客户，TI也成为了移动市场的Wi-Fi主要供应商。而当TI从移动转向模拟和嵌入式供应商之后，其CC3200MOD也成为了业界首款经过Wi-Fi认证的无线微控制器模块，这也促成了Wi-Fi 4在嵌入式领域的广泛渗透。

如今，TI在嵌入式领域正在采取更加激进策略，通过自有的12寸晶圆厂，坚持要把性能做上去，价格打下来，为嵌入式边缘提供更实惠的产品。其中近几年陆续推出了高性价比的蓝牙、MSPM0/C2000/AM2x MCU以及AM6x系列MPU等等丰富的产品组合。

另外，在推动Wi-Fi技术的历史中，TI一方面利用了自身在DSP领域的相关积累，在数字编码以及射频领域取得了领先，另外在2000年-2006年间也收购了包括Butterfly VLSI、Radia、Dot Wireless、Alantro Communications等等一系列无线领域相关公司，从而成为无线领域最主要供应商之一。

大势所趋的Wi-Fi 6

作为工业智能化的底层技术之一，无线连接将无处不在，考虑到Wi-Fi 6在无许可费、低成本部署和强大的可扩展性方面，相信可以为更多智能设备赋予连接功能。而TI的高性价比、高可靠性、高安全性的Wi-Fi芯片，将成为这一远大目标的催化剂。

关键词：

推荐DIY文章