NXP IW610：Wi-Fi 6與低功耗無線通信的完美融合

在物聯(lián)網(wǎng)（IoT）飛速發(fā)展的今天，對(duì)于無線通信解決方案的需求變得愈發(fā)多樣化和嚴(yán)格。設(shè)備不僅需要高速穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接，還需要具備低功耗、高安全性以及多協(xié)議支持等特性。NXP的IW610系列產(chǎn)品就是這樣一款能夠滿足眾多應(yīng)用需求的高性能解決方案。下面，我們就來詳細(xì)了解一下IW610的魅力所在。

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一、產(chǎn)品概述

1.1 高度集成與多協(xié)議支持

IW610是一款高度集成的低功耗單芯片解決方案，集成了Wi-Fi 6、藍(lán)牙低功耗（LE）5.4和802.15.4無線功能。這種集成度使得它能夠適用于各種不同的應(yīng)用場景，如智能成像、智能家居設(shè)備、智能配件、智能能源、企業(yè)工業(yè)和建筑自動(dòng)化等領(lǐng)域。

1.2 Wi-Fi 6優(yōu)勢(shì)顯著

其中，Wi-Fi 6子系統(tǒng)采用1x1 20 MHz配置，相較于前代Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)，它帶來了更高的吞吐量、更好的網(wǎng)絡(luò)效率、更低的延遲和更遠(yuǎn)的覆蓋范圍。藍(lán)牙LE無線電則支持2 Mbit/s的高速數(shù)據(jù)速率、長距離通信和擴(kuò)展廣播功能。而片上802.15.4無線電可以支持Thread網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，這使得IW610成為運(yùn)行在Wi-Fi和Thread上的Matter應(yīng)用的理想選擇，它既可以作為Matter控制器，也可以作為Thread邊界路由器，實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的本地和基于云的無縫控制與監(jiān)控。

1.3 強(qiáng)大的安全保障

在安全方面，IW610采用了NXP的EdgeLock?安全技術(shù)，提供安全啟動(dòng)、安全調(diào)試、安全固件下載和安全生命周期管理等功能。硬件加速的對(duì)稱和非對(duì)稱加密以及物理不可克隆功能（PUF）實(shí)現(xiàn)了安全的密鑰管理。該產(chǎn)品目標(biāo)是獲得SESIP 3級(jí)安全認(rèn)證，符合IEC - 62443和歐盟RED第3(3)條的網(wǎng)絡(luò)安全要求，并為UN R155做好了準(zhǔn)備。

二、關(guān)鍵特性剖析

2.1 Wi-Fi 6特性

• 頻段與性能：支持1x1雙頻段2.4 GHz/5 GHz Wi-Fi 6無線電，集成Wi-Fi功率放大器（PA）、低噪聲放大器（LNA）和收發(fā)（T/R）開關(guān)，最大發(fā)射功率可達(dá)+23 dBm。此外，它還支持20 MHz信道操作、Wi-Fi 6目標(biāo)喚醒時(shí)間（TWT）、擴(kuò)展范圍（ER）和雙載波調(diào)制（DCM）等特性，并且具備低功耗的Wi-Fi空閑、待機(jī)和睡眠模式，同時(shí)支持WPA2/WPA3安全協(xié)議以及基于Wi-Fi的Matter協(xié)議。
• 標(biāo)準(zhǔn)與功能支持：兼容多種IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)，包括802.11ax 1x1 MU - MIMO（STA模式）、802.11ac Wave 1/2、802.11n/a/g/b等，還支持802.1X Wi-Fi安全和認(rèn)證。在MAC層，它具備802.11ax 1x1 MU - MIMO MAC、觸發(fā)幀格式、HE變體的HT控制、HE MU幀交換序列等功能。在基帶方面，支持多種調(diào)制和編碼方案（MCS），以及多種幀格式，具備UL MU - MIMO和OFDMA、DL MU - MIMO和OFDMA等功能，還支持?jǐn)U展范圍和目標(biāo)喚醒時(shí)間等特性。

2.2 窄帶特性

• 藍(lán)牙LE特性：藍(lán)牙LE部分符合藍(lán)牙LE 5.4標(biāo)準(zhǔn)，支持藍(lán)牙LE 5.2的各項(xiàng)特性，最多可同時(shí)支持16個(gè)中央/外圍連接。具備Wi-Fi/藍(lán)牙共存協(xié)議支持、AES - CCM加密、智能自適應(yīng)跳頻（AFH）、藍(lán)牙LE隱私1.2、安全連接、數(shù)據(jù)長度擴(kuò)展、廣播擴(kuò)展、長距離和功率控制等功能，還支持2 Mbps數(shù)據(jù)速率和等時(shí)通道。
• 802.15.4特性：對(duì)于支持802.15.4無線電的IW610G和IW610C型號(hào)，它符合IEEE 802.15.4 - 2015標(biāo)準(zhǔn)，支持基于Thread的Matter協(xié)議。具備MAC加速器，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包格式化、CRC校驗(yàn)、地址檢查、自動(dòng)確認(rèn)和定時(shí)器功能，還支持可編程數(shù)據(jù)包過濾以降低功耗，能夠?yàn)槭瞻l(fā)數(shù)據(jù)包提供時(shí)間戳，支持增強(qiáng)確認(rèn)功能和Wi-Fi/802.15.4共存協(xié)議，可提供接收信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI），并具備128位AES安全加密。

2.3 共存特性

IW610支持單天線和雙天線兩種配置。在雙天線配置中，兩個(gè)獨(dú)立的天線允許Wi-Fi和窄帶（藍(lán)牙LE/802.15.4）無線電同時(shí)獨(dú)立運(yùn)行。而在單天線配置中，Wi-Fi 2.4 GHz和窄帶無線電的發(fā)射操作需要進(jìn)行仲裁，不過Wi-Fi 5 GHz的收發(fā)操作可以與窄帶的收發(fā)操作同時(shí)進(jìn)行。此外，它還通過中央硬件數(shù)據(jù)包流量仲裁器來仲裁片上Wi-Fi和窄帶無線電之間的收發(fā)操作，并且可以通過WCI - 2和PTA外部共存接口與外部無線電實(shí)現(xiàn)共存。

三、硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 電源管理

IW610的電源管理設(shè)計(jì)十分出色。它采用單一的3.3 V電源供電，內(nèi)部集成了高效的降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，能夠?yàn)閂CORE和AVDD18引腳供電。同時(shí)，它具備高效的電源管理系統(tǒng)和深度睡眠低功耗模式，可以通過GPIO、主機(jī)接口和定時(shí)器實(shí)現(xiàn)喚醒功能，有效降低整體功耗。在電源啟動(dòng)順序方面，要求VBAT和VPA在其他外部電源軌之前供電，電源關(guān)閉引腳（PDn）必須在所有外部時(shí)鐘和電源穩(wěn)定之前保持低電平。

3.2 引腳與接口

該產(chǎn)品提供了豐富的引腳和接口選項(xiàng)。引腳類型包括數(shù)字輸入輸出（I/O）、數(shù)字輸入（I）、數(shù)字輸出（O）、模擬輸入（A, I）、模擬輸出（A, O）、模擬輸入輸出（A, I/O）、未連接（NC）、電源（Power）和接地（Ground）等。主機(jī)接口方面，不同的IW610變體支持不同的接口組合，如SDIO 3.0、USB 2.0、UART和SPI等。這些接口為與外部設(shè)備的連接和通信提供了便利。

3.3 封裝與散熱

IW610提供DRQFN和WLCSP兩種封裝選項(xiàng)。DRQFN封裝尺寸為8 mm x 7.5 mm x 0.85 mm，引腳間距為0.4 mm（單行和角部）或0.5 mm（雙行）；WLCSP封裝尺寸為4.495 mm x 4.0 mm x 0.455 mm，引腳間距為0.33 mm。在散熱方面，文檔給出了QFN和WLCSP封裝的熱阻參數(shù)，如QFN封裝的結(jié)到環(huán)境熱阻（RθJA）為36.1 °C/W，WLCSP封裝的結(jié)到環(huán)境熱阻（RθJA）為48.9 °C/W，這些參數(shù)對(duì)于在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)具有重要參考價(jià)值。

四、性能指標(biāo)分析

4.1 Wi-Fi性能

• 接收性能：在2.4 GHz和5 GHz頻段，IW610都表現(xiàn)出了良好的接收性能。例如，在2.4 GHz頻段，802.11b 1 Mbps的接收靈敏度可達(dá) - 99.1 dBm，802.11ax 4x3.2 20 MHz MCS9 Nss1 BCC的接收靈敏度可達(dá) - 68.4 dBm；在5 GHz頻段，802.11a 6 Mbps的接收靈敏度可達(dá) - 93.8 dBm，802.11ax 4x3.2 20 MHz MCS9 Nss1 BCC的接收靈敏度可達(dá) - 67.4 dBm。同時(shí)，它還具備較好的抗干擾能力，如在相鄰信道干擾（ACI）和交替相鄰信道干擾（AACI）方面都有不錯(cuò)的表現(xiàn)。
• 發(fā)射性能：發(fā)射性能方面，2.4 GHz頻段最大線性輸出功率在不同標(biāo)準(zhǔn)下有所不同，如802.11b 1 Mbps可達(dá)22 dBm，802.11ax MCS9可達(dá)18 dBm；5 GHz頻段802.11a 6 Mbps最大線性輸出功率可達(dá)23 dBm，802.11ax MCS9可達(dá)19 dBm。此外，它還具備較好的發(fā)射IQ抑制、諧波抑制和功率控制精度等特性。

4.2 藍(lán)牙LE性能

藍(lán)牙LE的接收靈敏度方面，1 Mbps時(shí)可達(dá) - 99.1 dBm，2 Mbps時(shí)可達(dá) - 97.1 dBm，長距離（LR）500 Kbps時(shí)可達(dá) - 100.7 dBm，LR 125 Kbps時(shí)可達(dá) - 107.5 dBm。發(fā)射功率最大可達(dá)15 dBm，并且在帶外噪聲、頻率誤差和功率控制等方面也有較好的性能表現(xiàn)。

4.3 802.15.4性能

802.15.4無線電的接收靈敏度在標(biāo)稱條件下可達(dá) - 105.7 dBm，最大輸入電平可達(dá)7 dBm，具備較好的相鄰信道選擇性和同信道選擇性。發(fā)射功率最大可達(dá)14.3 dBm，同樣在帶外噪聲、頻率誤差和功率控制等方面表現(xiàn)良好。

4.4 功耗表現(xiàn)

在不同的工作模式下，IW610的功耗表現(xiàn)也較為出色。例如，在電源關(guān)閉模式下，功耗僅為0.015 mA；在睡眠模式下，功耗根據(jù)不同的配置在0.23 mA - 0.59 mA之間；在藍(lán)牙LE和Wi-Fi的不同工作狀態(tài)下，功耗也都處于合理的范圍之內(nèi)，這對(duì)于需要長時(shí)間運(yùn)行的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來說至關(guān)重要。

五、應(yīng)用建議

5.1 智能家居應(yīng)用

在智能家居領(lǐng)域，IW610可以廣泛應(yīng)用于智能插座、燈光開關(guān)、安全攝像頭、恒溫器、門鎖等設(shè)備。其Wi-Fi 6的高速穩(wěn)定連接可以確保設(shè)備與家庭網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)通信，而藍(lán)牙LE的低功耗特性可以用于設(shè)備的近距離配置和控制，802.15.4的Thread協(xié)議支持則可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)連接，提高系統(tǒng)的可靠性和擴(kuò)展性。

5.2 工業(yè)應(yīng)用

在工業(yè)領(lǐng)域，如建筑管理、智能照明、安全門禁、銷售點(diǎn)（POS）終端、電動(dòng)汽車充電器、智能電表、太陽能逆變器和熱泵等應(yīng)用中，IW610的高性能和高安全性可以滿足工業(yè)環(huán)境對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性要求。其多協(xié)議支持也可以方便地與不同類型的設(shè)備進(jìn)行通信和集成。

5.3 智能設(shè)備與配件

對(duì)于智能設(shè)備如空氣凈化器、寵物監(jiān)控器、體重秤、血糖儀、血壓計(jì)、健身設(shè)備，以及智能配件如鬧鐘、遙控器等，IW610的低功耗特性可以延長設(shè)備的電池續(xù)航時(shí)間，同時(shí)其高速穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接可以保證設(shè)備之間的數(shù)據(jù)同步和交互。

六、總結(jié)

NXP的IW610系列產(chǎn)品以其高度集成、高性能、低功耗和高安全性等特性，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供了一個(gè)強(qiáng)大而靈活的解決方案。無論是在智能家居、工業(yè)自動(dòng)化還是智能設(shè)備等領(lǐng)域，它都能夠滿足不同應(yīng)用場景的需求。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，工程師們可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的IW610變體，充分利用其豐富的接口和功能特性，同時(shí)注意電源管理和散熱設(shè)計(jì)等方面的要點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)最佳的系統(tǒng)性能。

你是否在設(shè)計(jì)過程中也遇到過類似的無線通信需求呢？對(duì)于像IW610這樣的多協(xié)議解決方案，你有什么獨(dú)特的見解和經(jīng)驗(yàn)嗎？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的看法。