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被低估的LoRa芯片

2022/07/11
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作者:熊熊

LoRa芯片,正一步步占领低功耗广域物联网(LPWAN)市场。

IDC预测,全球物联网支出有望在2025年达到1.2万亿美元,五年(2021-2025)复合增长率(CAGR)11.4%。其中,中国市场规模将在2025年超过3000亿美元,全球占比约26.1%。预计2025年,中国物联网连接设备将突破150亿个。

在物联网蓬勃发展的同时,也为LoRA芯片的发展带来了转机。

物联网无线接入技术

对于物联网技术来说,最为核心的则是连接技术。

根据业务场景,物联网技术可以细分为固定或慢速无线数据接入(局域物联网)、移动无线数据接入(移动物联网)、泛在无线数据接入(低功耗广域物联网)三种情况。

局域物联网的代表技术主要有Wi-Fi、Bluetooth、Zigbee,常常被用于家庭、办公室、商场等室内场景,少部分被应用于室外的短距离通信

移动物联网的代表技术为2G/3G/4G/5G,其网络覆盖能力较好,适合对传输距离及传输速率均有较高要求的移动物联网终端,例如手机。

低功耗广域物联网代表技术有LoRa、NB-IoT、Sigfox,主要适用于有着远距离、低速率、低功耗、大量连接需求的物联网应用场景。

 

低功耗广域物联网势不可挡

智能家居等局域网通信场景一般采用短距离通信技术,对于广范围、远距离的连接则需要远距离通信技术,如智慧城市、资产管理,工业设备监测、远程抄表、环境监测、智能停车、位置追踪等,这需要一种覆盖广、成本低、部署简单、支持大连接的物联网技术。低功耗广域物联网(Low-Power Wide-Area Network,简称LPWAN)应运而生。与蓝牙、Wi-Fi、Zigbee等无线连接技术相比LPWAN技术距离更远;与移动物联网技术相比(如GPRS、3G、4G、5G等)相比连接功耗更低。

由于LPWAN的应用优势,LPWAN因此也拥有得天独厚的市场优势。预计在2022年,全球LPWAN市场的价值将会提升至460亿美元以上(2015年的价值刚刚超过5亿美元)。

如此市场的LPWAN中,则以LoRa和NB-IoT为主,并且两者常常拿来比较。LPWAN可分为两类:一类是工作于未授权频谱的LoRa、SigFox等技术;另一类是工作于授权频谱下的EC-GSM、eMTC、NB-IoT等。

从工作频段来看,LoRa在非授权频段工作;NB-IoT主要是建立在蜂窝技术的基础之上,采用了1GHz之下的授权频段。

抗干扰能力来看,LoRa在非授权频段工作,容易有较大的干扰,服务质量无法保证;NB-IoT在授权频段工作,在不干扰其他应用的同时也不会被其他信号的干扰,可以提高更高的服务质量;

从功耗来看,LoRa是专为低功耗而设计,采用异步传输方式,终端不需要实时与基站保持同步从而降低了终端功耗;NB-IoT最初的设计理念是最优的频率利用率以提升传输速率,采用同步传输方式,需要实时与基站保持同步增大了终端功耗。

从成本来看,LoRa网络架构简单,根据功能和性能不同网关(基站)价格差异较大,但大多集中在万元以下;NB-IoT是基于4G的窄带蜂窝技术,无论是升级改造还是独立部署都需要高昂的成本支撑。

从安全程度来看,对客户而言,LoRa可自主运营,运营数据掌握在自己手中,可以根据业务需要扩展网络;NB-IoT是运营商网络,数据必须经过运营商,保密性存在问题。

总体来看,LoRa与NB-IoT并不存在你死我活的竞争,只是双方应用于不同的技术领域。客户可以根据不同的场景选择不同的技术,但是LoRa给人们呈现了一个功耗更低、成本更低,也更安全的全新通信技术,而这正是物联网所需要的。

 

LoRa的前世今生

LoRa 的故事始于2009年,法国的Nicolas Sornin 和 Olivier Seller旨在开发一种远程、低功率调制技术。与大多数颠覆性技术一样,他们遇到了很多阻力。2010 年,Nicolas 和 Olivier 遇到了他们的第三位合伙人 François Sforza,并共同创办了Cycleo公司。最初,三位创始人的目标是计量行业,旨在为燃气表、水表和电表增加无线通信功能。为此,他们使用了线性调频扩频 (CSS) 调制技术,一种广泛用于海运业声纳和航空雷达的技术。事实上,Cycleo 并没有发明 CSS 技术,而是他们率先使用该技术发送数据。

2012年,这家公司被美国Semtech(升特)公司以约500万美金的价格收购。Semtech基于这项技术,推出了现在的LoRa。

2013年8月,Semtech面向业界正式发布了一款名为LoRa的新型Sub-1GHz频谱的扩频通信芯片,最高接收灵敏度可达-148dBm,与其他传统的Sub-1GHz芯片相比,LoRa芯片的最高接收灵敏度提高了20-25dB,体现于应用上则是10倍左右传输距离的提升。一朝成名,LoRa自从推出之后就受到了广泛的关注。

2015 年 2 月,LoRa 联盟成立,网络协议更名为“LoRaWAN”。LoRa 联盟的目标一直都是,“通过确保所有 LoRaWAN 产品和技术的互操作性来支持和促进 LoRaWAN 标准的全球采用。”LoRa 联盟成员包括 Cisco、IBM、亚马逊、BT、Orange、KPN 和 NTT。LoRa联盟成立之初,就特别注重生态系统建设。在联盟的推动下,LoRa的产业链已相当成熟,从底层的芯片、模组到设备制造、系统集成,都有相关厂商。在此基础上,LoRa得到了快速发展。

2021年12月,LoRaWAN被国际电联(ITU)正式认可为全球物联网标准,这将成为LoRa发展进程中重要的里程碑,将推动LoRa市场规模进一步扩大。在此背景下,LoRa产业链上下游布局企业发展空间正在不断增大,特别是生产核心元器件的企业拥有巨大发展潜力。

良好的生态再加上经过数年的铺垫,LoRa阵营也逐年壮大。据Semtech披露的数据显示,截至2021年12月,全球已经部署了270多万个基于LoRa的网关,基于LoRa的终端节点超过2.25亿个,LoRa或LoRaWAN的部署覆盖了171个国家和地区。

 

一家独大的LoRa芯片

芯片是LoRa的核心元器件,由于LoRa技术由美国Semtech公司开发,一直以来,全球LoRa芯片市场被美国Semtech公司垄断。

Semtech公司是高性能模拟和混合信号及高级算法的领先半导体供应商,拥有远距离低功耗无线LoRa专利技术,在低功耗广域技术市场中扮演着重要的角色,LoRa技术在中国被广泛应用。2018年Semtech开始改变产品的营销模式,通过LoRa IP授权的方式给客户自己做LoRa芯片。芯片或模组企业通过Semtech授权IP进行LoRa芯片开发,或者直接采用Semtech芯片做SIP级芯片开发。

其实,中国也是LoRa芯片较大的市场。

据市场调查网发布的《2022-2027年中国LoRa市场监测调研及行业投资可行性通用研究报告》显示,我国LoRa芯片生产实力不断增强,有利于LoRa产业发展壮大。同时,腾讯、阿里等相继加入LoRa联盟,将扩大LoRa生态圈,这推动了我国LoRa及芯片市场高速增长。2021年,我国LoRa市场规模约为218亿元,预计2022年将增长至283亿元左右,增速达到30%。2021年,我国应用于终端领域的LoRa芯片出货量约为7052亿片,预计2022年将增长至9520亿片,增速达到35%。

在Semtech公司授权下,阿里联合翱捷科技设计出ASR6501 LoRa芯片,这款LoRa芯片系统解决方案,进一步推动LoRa成为物联网领域的事实性标准之一。

翱捷科技位于中国上海,是一家由阿里巴巴集团直接投资的半导体公司。全新的ASR6501 SiP使用了超小6平方毫米封装规格,集成了赛普拉斯PSoC 4100S Plus MCU以及Semtech公司的LoRa收发器。这款系统级封装芯片拥有极佳的性价比,兼具数字和模拟信号感知能力,可帮助物联网开发人员将智慧城市、智慧小区、智慧工厂和智慧农业等中所需的远距离、超低功耗产品快速推向市场。

2020年9月,翱捷科技推出首颗国产支持LoRa的LPWAN低功耗广域网无线通信SoC芯片ASR6601。ASR6601在单一芯片上集成了通用微控制器射频单元,包括射频收发器调制解调器和一个48 MHz 主频、采用Arm Cortex M4架构的32位MCU。通过SoC设计,ASR6601极大降低了用户设计门槛,同时帮用户节省大量开发时间并减少物料清单和运营成本,尤其适用于大批量应用的项目和需要定制化设计的项目。

致远电子作为一家工业互联网及智慧化产品与解决方案供应商,多年来推出了数款基于LoRa的模块,为物联网无线通信领域提供了多样化的选择。今年2月份,致远电子推出ZSL64系列LoRa系统级芯片,LoRa系统级芯片ZSL64系列内部集成RF匹配、时钟、DC电路。该系列芯片支持LoRa、(G)FSK调制模式,覆盖全球频段,基于频谱扩展技术,可更好的满足低功耗小数据远距离传输应用。此前,致远电子推出了基于LoRa的ZSL42x系列智能组网芯片。

群登科技致力于“先进通信SiP”(AcSiP = Advanced Communication System in Package)技术的开发与服务。基于BLE、WiFi、LoRa等无线技术,通过封装技术(SiP)快速实现了满足各种不同需求的产品组合。

LoRa芯片的前程似锦大家都有目共睹,未来,随着更多的LoRa芯片的推出,LoRa快速突破目前的生态边界,进军到更加广阔的天地中。

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