來源：内容由半導體行業觀察（ID：icbank）編譯自tech insights，謝謝。

與藍牙一樣，UWB 是一種短距離、低功耗、基于無線電的通信技術，其主要目的是用于位置發現和設備測距。但是，UWB 提供了多種不同的功能，例如快速可靠的文件共享功能和安全交易。

在這篇博客中，我們有幸看到了從三星 EI-T7300 (SmartTag ) 中提取的 NXP SR040 UWB 收發器處理器芯片。我們還能看到蘋果AirTag的内部結構。

圖1. 三星 EI-T7300 (SmartTag )

如圖所示，NXP SemIConductor SR040 采用 QFN 封裝，該封裝由一個引線鍵合到引線框架的單個die組成。這些測量的關鍵尺寸以及觀察到的晶體管特征表明，SR040 芯片使用的是台積電的 40 nm CMOS 工藝。

圖2. NXP Semiconductor SR040

SR040 芯片由一個 UWB 模拟前端收發器、幾個電源管理電路、幾個 SRAM 存儲器、一個 ARM Cortex CPU 和幾個 GPIO 組成。

圖3. NXP Semiconductor SR040 芯片照片

讓我們更深入地了解一下 UWB 模拟前端收發器。

圖4. UWB 模拟前端收發器

UWB 收發器宏可分為兩半。在下半部分，我們找到了射頻信号路徑，而射頻和中頻 PLL 在上半部分。接收器和發射器之間共享一個射頻焊盤。

接收路徑包括帶有輸入匹配電路的 LNA、RX 正交下變頻混頻器、一對無源濾波器、一對由兩個二階級組成的有源濾波器，最後是一對時間交錯 ADC，每個包括逐次逼近子ADC。

發射陣容包括由兩個級聯子 DAC 組成的 TX DAC、上變頻 TX 混頻器、功率放大器和 BALUN 變壓器。

RF PLL 包括相同的基于 LC 諧振回路的振蕩器。接收器所需的正交相位在振蕩器附近産生，并使用差分共面傳輸線發送到它們的目的地。發射器使用相同的兩個相位之一。由于發射機的 IF 部分不是正交的，因此必須在 RF PLL 中生成相位調制，并将其施加在混頻器中的信号上。RX ADC 和 TX DAC 的時鐘在 IF PLL 中生成，其中包括一個三級差分 CMOS 環形振蕩器。

圖5. 電路分析

在看完三星的設計以後，我們來看一下蘋果AirTags的設計。

在這個隻有 1/4 美分大小的設備上，可以擁有多個天線、無線電 IC、一個電池，并且可以繼續作為雙向無線電運行，在近一整年的時間裡精确定位幾英尺範圍内的物體。

圖6. Apple AirTag 主要組件

例如，設計有更小的芯片工藝節點的 IC。具有更小工藝節點的die意味着更小的晶體管栅極長度，允許每個管芯有更多的晶體管，由于晶體管栅極長度更短，從而降低了 IC 的功耗。

Apple AirTag 配備Nordic nRF52832，其芯片采用 90nm 工藝節點制造，比稍舊的 2.4 GHz Noridc 收發器 IC 中使用的 180nm 工藝有了進步。AirTag 中的 nRF52832 是 WLCSP50 封裝，比較大的 48 引腳 6 mm x 6 mm QFN 選項小 75%。選擇 WLCSP50 而不是 QFN 封裝可能有多種原因，其中之一可能很簡單，例如需要更少的 PCB 空間來使用多功能 Nordic 芯片。

圖7. Nordic nRF52832 芯片照片

nRF52832 藍牙 SoC 可以支持多種無線電類型，包括 2.4 GHz 專有無線電（如果需要）。Apple AirTag 中使用的 nRF52832 支持 NFC 标簽、藍牙和藍牙 Mesh。正是藍牙 Mesh 功能使 AirTag 能夠連接到 Apple Find My 網絡中的其他 Apple 設備。

IC 封裝改進的另一個例子是将多個組件嵌入到單個 IC 封裝中的能力，其中一個好處是減少了電路設計的 PCB 面積。多芯片、多組件封裝技術并不新鮮，而且還在不斷改進，不僅僅包含芯片。Apple U1 UWB SIP（系統級封裝）——在一個總封裝面積為 20.58 平方毫米的單個封裝内包含 Apple UWB 收發器、嵌入式晶體振蕩器、Sony RF 開關和更小的分立元件。

圖8. Apple U1 UWB SiP

對于與 nRF52832 的芯片尺寸比較，UWB 收發器芯片是在台積電的 16nm 工藝節點上制造的，允許在與 nRF52832 類似尺寸的芯片上使用更多的晶體管（和電路）。

總而言之，Apple AirTag 的無線電 IC占整個可用 PCB 面積的不到 30 平方毫米或 6%。

然而，AirTag 的性能，即它在保持連接到 Find My 網絡方面的成功，不僅在于無線電 IC，而且在很大程度上依賴于它的天線和天線設計。

但是 AirTag 的小尺寸不允許像我們在其他更大的設備（如手機）中看到的單獨的天線部件。相反，AirTag 有一個框架，上面設計了所有三個天線。

圖9. Apple AirTag 天線設計

蘋果還在 AirTag 中加入了一個揚聲器，它可以針對各種場景發出“啁啾聲”。位于 PCB 上的 Maxim D 類音頻放大器驅動揚聲器。

值得注意的不僅僅是 AirTag 的功能和設計。AirTag 零售價低于 30 美元，估計制造成本為 10 美元（不包括軟件成本和研發）。

追蹤器并不新鮮，Apple 也不是第一個提供此類産品的公司。不幸的是，Apple 首當其沖地受到了追蹤器如何被用于侵入性目的的社會反作用力。我們不确定在這些跟蹤器中列出該技術是否有助于讓任何人放心。

但是對于技術來說，現在沒有退路，隻有前進。我們相信，固态電池、矽電池和縮小工藝節點等新電池技術隻會讓工程師設計出更小封裝的無線電設備。

除了這兩種設備具有相似的裸片尺寸并且由台積電作為其代工廠這一事實之外，它們是非常不同的。例如，SR040 的 UWB 收發器和電源管理占據了 45% 的芯片，而蘋果 U1 僅占 33%。在處理器和内存區域方面，SR040占37%，蘋果U1占57%。SR040 的工藝代為 40 nm，由 8 個金屬層形成，而 Apple U1 的工藝代為 16 nm，由 13 個金屬層形成。

以上就是對使用用于跟蹤對象的 UWB 通信标準的兩種設備的簡要總結。

今天，我們仍處于基于 UWB 的技術發展的早期階段，需要提高數據隐私和效率等問題，今天，我們知道 UWB 用于更換車鑰匙或尋找我的錢包，但在未來它幾乎可以與我們的“更智能”小工具交互和跟蹤重要對象。

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