功耗降低70% 面積縮小一半，高通最新蜂窩物聯網數據機晶片詳解

高通公司的物聯網晶片 MDM9206數據機大家應該很很熟悉了。

這是一款可支持Cat-M1、Cat-NB1和E-GPRS的LTEIoT晶片組，目前在美國、澳大利亞和歐洲市場都有應用，並且受到了眾多國內外模組廠商的認可和青睞。

近日，高通公司推出了全新的Qualcomm® 9205 LTE數據機。

用於取代上一代MDM9206。

在高通公司的媒體見面會上 ，高通產品市場總監馬進武先生向EETOP等媒體記者透露關於9205的更多信息。

高通產品市場總監馬進武

9205 LTE數據機技術亮點

先看一下9205與9206的功能對比

速率方面，9205支持Rel-14Cat-M1和NB2，Cat-M1的速率從之前的300kbps提升到了1Mbps，NB2也從30kbps提高到了超過100kbps。

同時，9205晶片還集成了RAM和快閃記憶體，還集成了RF前端以及電阻電容等無源器件。

9205晶片還支持更大的電壓範圍，可以更充分地利用電池中的電量。

整體來說，9205晶片是Qualcomm針對低功耗廣域物聯網專門設計的晶片，所以針對這個領域做了很多優化。

相比前一代 功耗和晶片尺寸大大降低

高通的上一代LTE物聯網數據機9206採用的是28納米工藝，而最新發布的9205依然採用上一代相同的28納米工藝，但是通過設計優化大大降低了功耗縮小晶片尺寸。

具體來說9205與前代產品相比，在空閒模式可實現高達70%的功耗降低，這對於需在實地運行10年或更長時間且由電池供電的物聯網終端而言是一個至關重要的考慮因素。

此外比前代產品在大大提高集成度的基礎上，還顯著降低了晶片尺寸，僅有之前的50%大小，這些因素使其適用於需在外形尺寸較小的終端中支持低功耗廣域連接的眾多物聯網應用。

該全新的數據機還與公司之前推出的LTE IoT解決方案軟體兼容，從而讓模組製造商在新模組解決方案的開發中可以復用以往的軟體投入。

同類產品集成度最高

9205晶片的集成度也是高通一直引以為豪的，在業界來看，這款晶片是同類產品中集成度最高的產品。

在保證小尺寸的同時將功能集中在裡面，包括硬體、模塊、射頻器件等。

對比9205和9206兩代產品，Qualcomm9206參考模組中包括了9206晶片，此外還有無線收發器（WTR2965）和電源管理晶片（PMD），也包括外置的射頻前端（包括射頻功率放大器PA和相關器件）、快閃記憶體和RAM。

而在9205參考模組中客戶看到，將快閃記憶體集成到了9205主晶片，將射頻前端集成到了SDR105裡面去。

集成PA有下面幾個優勢。

第一，初期做硬體設計的一大難點在於射頻前端的設計。

因為射頻頻段繁多，每個頻段都要一一調測，通過外加不同的電阻、電容把性能調節到最好。

當一個頻段調好了，再調另一頻段，調好的頻段可能會受到影響，這就需要去綜合考慮各個頻段。

Qualcomm在集成射頻前端的時候，把這些頻段都綜合調好了。

第二，模組認證很重要的工作是，要針對運營商的不同頻段去做射頻的設計和測試。

舉個例子，Qualcomm在做晶片認證和模組認證的時候會跟運營商去對接，比如中國移動要求FDD-LTE產品模式必選支持Band8，高通完成了Band 8的認證測試後，由於PA已經集成到晶片當中，射頻前端不會有任何的變化，所以模組認證這部分不用再做了，免去了重複性的工作，這對模組廠商來說是非常有利的。

舉個例子，之前美國一家運營商在做測試的時候，模組廠商要排隊約實驗室的時間。

一個認證測試的花費可能高達一兩百萬美金，成本是非常大。

第三，模組廠商自己採購PA的話，訂單只有50萬的模組廠商在價格上自然沒有訂單有100萬的廠商占優勢。

針對這個問題，Qualcomm可憑藉在業界的影響力，和PA製造商談一個更好的價格，拉低整個模組價格，從而對整個產業以及生態提供更多的支持。

工作截止電壓進一步降低

值得注意的是，9205晶片的截止電壓也非常低。

截止電壓就是電池停止工作的最低壓值。

舉個例子,模組的工作電壓是3V，電池的標稱電壓是3.7V或3.8V，電池用了一段時間後，電壓逐漸降低，可能變成3.5V或3.0V甚至更低，這時候模組是沒有辦法工作的。

而9205將截止電壓降到了2.4V，這意味著電池電壓降到2.4V才停止工作。

我們知道，電池從3V降到2.4V這段期間不能工作不是因為完全沒有電量，而是因為電壓低於模組的電壓需求。

因此，如果將截止電壓從3V降到2.4V，這意味著電池中至少30%的電量可以重新利用起來，相當於更充分地利用電池電量，從而降低成本。

多種模式組合

Qualcomm 9205LTE數據機是Qualcomm為物聯網市場量身定做的，具有多項領先特性。

第一，這是全球多模多頻解決方案，多模指的是這一個晶片同時支持eMTC、NB-IoT和EGPRS等多種制式。

Cat-M1制式還可支持安防監控面板等應用中的語音功能以及資產追蹤器等應用中的移動性。

第二，將定位功能集成到了9205晶片中，支持GPS、格洛納斯、北斗和伽利略衛星導航系統，只需加上GPS天線就可以進行GPS定位。

目前市場上，很多友商需要在物聯網晶片之外再加一個GPS晶片才能支持定位功能，而高通已經將GNSS集成於晶片之中。

強大的應用處理器和軟體套件支持應用和服務

9205集成一顆CortexA7處理器，主頻最高達800MHz。

在軟體方面，還預集成了對阿里雲Link物聯網套件、中國移動OneNET以及對國外運營商像VerizonThingSpace等雲平台的支持。

此外，如果開發者想接入這些預集成雲平台之外的其他平台，這也是沒有問題的，9205晶片中有足夠的運行空間和能力，可以開發對其他雲平台的支持。

比如說，開發者可以把騰訊雲的SDK集成在裡面來跟騰訊雲連接，並在裡面加載他們想要的成分。

與此同時，還提供了完整的軟體開發包，裡面提供了很多的接口，開發者不需要太多了解底層，就可以直接利用這些接口去調用比如數據機和AP的功能，來開發他們需要的應用。

晶片級硬體安全設計

基於硬體的安全基礎，安全問題最近在國外備受關注，因為出現了多次物聯網設備在遭受黑客攻擊後成為「肉雞」的情況，所以國外常常要求通過各種安全認證來為客戶提供安全運行的環境，現在歐洲、美國對安全的要求非常高。

Qualcomm9205從晶片的設計層面、硬體層面上增加了安全上的考慮。

首先，晶片提供了一次性可編程e-fuse。

e-fuse是一種熔斷器，在出廠的時候把熔斷器燒斷，就可以把所有的調試（debug）埠關掉，防止通過調試接口和調試工具篡改產品中的軟體。

第二，晶片支持安全啟動（securityboot）。

最開始的時候先把少量代碼放在ROM里，代碼大概只有幾十K的大小，因為是在ROM裡面的，所有不可能改變，當ROM啟動起來後，會從Nand Flash里讀取下一步執行的代碼。

在每一步代碼執行的過程當中，都會去做交叉驗證，去檢查這個代碼有沒有被篡改，如果一旦發現被篡改，整個執行就停下來。

現在很多黑客都想方設法篡改NandFlash代碼，但如果未經授權的代碼被加載進來，就會被安全啟動所攔截。

第三，提供可信的執行環境。

會把一些很重要的信息、數據以及運算放在可信執行環境中。

可信執行環境在晶片裡面是一個硬體隔離區域，外面任何軟體想要讀取這塊區域，都會被一道防火牆阻隔，從而無法進行讀取。

為什高通要走多模路線？

物聯網晶片對成本要求很高，一般思路都是盡最大話的優化晶片功能，降低晶片成本。

但是幾年來高通始終在走多模路線，相對來說會增加一些晶片成本，那麼高通公司是如何考慮的？

高通產品市場總監馬進武解釋道：9205支持多模的特性可以為客戶創造很大價值，比如終端廠商可以面向全球市場使用同一個硬體設計。

各個區域或國家有不同的制式要求，這也造成了多種制式組合的需求，比如說中國是NB-IoT，美國是Cat-M1，印度和歐洲是NB-IoT+GSM，澳大利亞則是Cat-M1+GSM。

如果終端廠商使用的晶片只支持Cat-M1，或只支持NB-IoT，它就需要不同的硬體設計和不同的模組來應對不同的市場。

而使用Qualcomm9205可以完美解決這個問題，廠商完成硬體設計以後，產品可以適用於全球市場，只要在軟體設置中選擇相應制式即可。

為什麼這可以為終端廠商帶來巨大的好處？因為模組研發完成以後，生產只是第一步，後面有大量的認證工作，針對每個市場、每個運營商要做認證，包括FCC認證、CE認證、中國的CTA認證，大量時間和金錢都要花費在認證上，每一個模組的型號都要進行這樣的認證流程。

有時對於一個模組的型號進行認證可能就要花費上百萬美元，如果有多個模組的型號需要認證的話，成本將非常驚人。

通過使用Qualcomm9205 LTE數據機，客戶可以大量節省這樣的認證成本。

此外，在生產物料管理方面，不同模組需要配置不同的生產物料管理以及庫存管理，都是比較麻煩的。

同時，在網絡建設的初期，網絡覆蓋可能不是特別完善。

比如說在中國，GSM網絡覆蓋非常好，而NB-IoT在發展初期難免會有未覆蓋的區域。

如果使用可支持NB-IoT和GSM的晶片，物聯網終端就可以在NB-IoT區域使用性能更佳的NB-IoT，並在NB-IoT未覆蓋的區域使用GSM，也就是說，一個產品適用於不同的場景。

此外，Qualcomm 9205還支持從450MHz拓展至2.1GHz的更大射頻，因此一個射頻前端就可覆蓋全球物聯網所使用的所有中低頻段，這樣廠商就不需要面向像美國和歐洲這樣的單獨市場來新增其他頻段支持。

我們看到市場很多競品目前都只支持國內的物聯網頻段，如Band3、Band5、Band8等，如果要支持海外的物聯網頻段，就需要額外增加其他型號的晶片來支持，也就是剛才我說的一個模組不同型號的問題。

簡言之，全球多模多頻就是讓一款硬體支持全球多個射頻頻段，讓產品面向全球。