為提高整合度，Wireless MCU繼續朝向多協定、多頻段的方向發展，透過在高度整合系統單晶片(SoC)中提供各種協定、頻段的不同組合，工程師在產品設計上擁有更大的靈活性，降低了設計物聯網裝置的門檻，也將激發更多產品創新。
在實現智慧家庭的各種應用時，無線微控制器(Wireless MCU)可以提供極大幫助，尤其針對不同的應用情境，適用的聯網技術也有所不同，整合無線通訊功能的MCU，能讓設計師更容易地開發出產品。
為求整合度的提高，現在的Wireless MCU繼續朝向多協定、多頻段的方向發展，透過在高度整合系統單晶片(SoC)中放入多個無線標準的協定，工程師在產品設計上擁有更大的靈活性，也降低了設計物聯網裝置的門檻。
在物聯網應用當紅的情況下，無線微控制器因而成為許多半導體元件供應商積極布局投入的市場。例如，德州儀器(TI)的CC1350 MCU就在單晶片上整合了Sub-1 GHz和Bluetooth低功耗(BLE)；芯科科技(Silicon Labs)、恩智浦(NXP)等業者，也有整合多種無線通訊協定的產品線。
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| 圖1 TI嵌入式系統總監詹勳琪指出，整合多個無線通訊協定的MCU，可降低設計複雜度、功耗、成本和電路板占板空間。 |
不同的無線通訊技術有不同的適用情境，例如藍牙具有低功耗特性且便利性高，然而傳輸距離過短；Sub-1 GHz的傳輸距離長、穿透性也佳。因此，視應用情境的不同，客戶會需要不同的無線通訊協定組合。
三晶片整合為單晶片 降低設計複雜度
TI嵌入式系統總監詹勳琪(圖1)進一步說明，該公司的CC1350是業界第一款結合Sub-1 GHz和低功耗藍牙的Wireless MCU，「以往，工程師必須使用三個晶片才能實現控制、LPAWAN及低功耗藍牙這三種功能，現在，只要使用這個整合的MCU即可，具體的好處就是能一舉降低設計複雜度、功耗、成本和電路板占板空間。」此系統單晶片是在4×4mm QFN封裝內整合了Sub-1 GHz收發器、Bluetooth低功耗及一個ARM Cortex-M3核心，可以提供低至0.7uA的睡眠電流，讓電池的使用壽命可以達到10年以上。
CC1350以一顆晶片結合兩個頻段，兩種傳輸技術相輔相成，透過傳輸模式的切換，可以滿足建築自動化和家庭智慧化的多種應用需求。值得一提的是，CC1350和超音波感測微控制器MSP430 MCU的組合，可實現具有無線通訊功能的智慧水表設計，滿足更精確的水表和遠端抄表的需求。該設計利用CC1350無線MCU為智慧讀表網路添加雙頻無線通訊，且無線MCU在測量水流量時僅消耗4μA電流，對於電池使用壽命的延長大有助益。
CC1350是屬於TI的SimpleLink無線連接產品系列。該系列的訴求就是可簡化開發並更加容易地將任何設備連接至物聯網(IoT)，產品包括無線MCU、無線網路處理器(WNP)、RF收發器等。
詹勳琪強調，「SimpleLink系列所涵蓋的標準和技術超過14項以上，其中包括Wi-Fi、藍牙、藍牙低功耗、ZigBee、Sub-1 GHz、6LoWPAN等，能賦予各種設備、設計所需的無線連接能力。」他認為，隨著智慧家庭創新應用的推出，以系統單晶片整合多個無線標準協定、頻段的趨勢將持續，各種協定、頻段的不同組合將會陸續出現，激發更多物聯網產品的創新開發設計。
單一開發環境 加速設計時程
為了協助工程師加快產品設計及產品擴展，TI的SimpleLink MCU平台將硬體、軟體和工具整合在單一開發環境中，建立驅動器、框架和資料庫共用的基礎，讓開發人員能利用SimpleLink MCU平台的軟體開發套件(SDK)，重複使用程式以快速擴展產品。TI日前並宣布SimpleLink MCU平台整合了全新Amazon FreeRTOS，可以協助開發人員快速且安全地將IoT端點連接到雲端。
基本上，建立一個物聯網解決方案需要嵌入式系統、軟體整合和雲端運算開發方面的專業知識，然而這些專業領域在傳統上卻相互獨立。TI與亞馬遜網路服務公司(AWS)密切合作，透過提供端到端的開發平台來解決其中的複雜整合問題，讓開發人員能夠更快速操作，並且專注於產品的創新研發。
靈活切換傳輸模式 啟用智慧家庭功能
除了TI外，其他多家主要MCU公司也已推出此類多協定產品，包括Silicon Labs的Wireless Gecko、NXP的KW41、Qorvo的GP695等。其中，Silicon Labs的Wireless Gecko為開發人員提供支援多重協定的物聯網無線連結，從Bluetooth Smart到Thread、ZigBee以至於專有協定堆疊。Wireless Gecko SoC整合了ARM Cortex-M4核心與節能的Gecko技術、高達19.5dBm輸出功率的2.4GHz無線電，以及硬體加密技術。
Qorvo針對智慧家庭設備推出的GP695 SoC，支援多種協定，且功耗極低。GP695採用ARM Cortex-M4運算架構，以及Qorvo Wi-Fi抗干擾技術，通訊距離更長，可覆蓋整個家庭範圍。
GP695 SoC整合多種通訊協定，包括IEEE 802.15.4、ZigBee 3.0、Thread和BLE等，對於多協定的支援有助於智慧家庭創新應用的實現。例如，使用者可以利用手機的BLE將配備GP695的門鎖連結至ZigBee智慧家庭系統，如此一來，使用者就能利用手機透過BLE開鎖或上鎖。甚至，如果智慧系統偵測到無人在家，則可通過ZigBee自動上鎖。
由於使用場域為家庭內，智慧家庭元件及產品的安全性必須經得起考驗。對此，TI的SimpleLink MCU產品系列新增安全性更高的Wi-Fi產品，包括SimpleLink Wi-Fi CC3220無線MCU和CC3120無線網路處理器。其中，CC3220無線MCU採用全新架構，在單晶片上擁有兩個物理隔離的執行環境。
詹勳琪進一步說明，CC3220元件包含安全儲存、複製保護、安全啟動和網路安全等豐富的嵌入式安全特性，讓開發人員能在不需使用外部安全MCU或元件的情況下，保護家庭聯網裝置不會遭受資料竊取、駭客入侵等風險的傷害。此外，如同其他SimpleLink產品，CC3220也可以支援Apple HomeKit技術。
智慧家庭市場成長 Wireless MCU助攻
整體而言，隨著各方面技術的進步，智慧家庭市場規模逐漸擴大。根據博思數據的研究報告指出，全球智慧家庭市場未來幾年將保持穩定成長，預計至2022年，智慧家庭市場規模將達到1,135億美元。
市場研究機構Juniper Research也指出，從2016年起，許多智慧家庭裝置、相關服務和新創公司投入市場之中，並將家庭自動化與智慧化擴展到一個前所未有的新高度，估算2017年智慧家庭硬體裝置與服務的營收規模將達到830億美元，並預估至2021年市場將成長兩倍，達到1,950億美元的營收規模。
智慧家庭硬體裝置和服務涵蓋各種不同類別，包括家庭娛樂、家庭自動化、醫療保健以及聯網裝置等。Juniper Research認為在未來五年之內，智慧家庭市場成長最快的領域將是家庭自動化和智慧家電。
透過Wireless MCU提供的設計便利性，讓設計人員無需顧慮不斷演進及新增的通訊及聯網技術；多協定的支援，則能大幅降低多晶片架構的額外複雜性和硬體成本，且能簡化軟體發展、改善產品生命週期管理，以及加快上市時間等，這些優點預期將能促進更多業者投入開發智慧家庭創新應用，市場全面爆發成長指日可待。