隨著物聯網持續改變各個行業，圍繞無線連接組件所做出的設計決策變得越來越復雜。工程師們在為其物聯網應用選擇組件時，常常面臨著在 IC 和無線模塊之間做出抉擇的兩難境地。這兩種選擇都有其獨特的優勢和需要權衡的方面，會對設計復雜度、成本、可擴展性以及產品上市時間等因素產生影響。這篇博客探討了與 IC 和無線模塊各自相關的技術考量因素和面臨的挑戰，并借鑒了 Silicon Labs 在無線解決方案方面的專業知識得出相關見解。我們將對 IC 和模塊進行技術對比，著重闡述每種方案的關鍵差異、優勢以及隱性成本。

了解 IC 和模塊

IC (SoC) 是一種半導體器件，它在單芯片上集成了處理器、存儲器以及其他功能元件。使用 IC 進行設計的工程師們必須開發一塊配套的 PCB，其中包括天線設計、RF 匹配、電源管理以及其他組件。

另一方面，模塊是一種預集成系統，它包含一個 IC 以及所有必要的支持組件，例如 RF 引腳/內置天線、EMC 屏蔽、電源濾波、RF 匹配組件、天線組件，并且具備全球范圍的監管認證。模塊的設計旨在將實現一個完整解決方案所需的硬件環境降至最低，從而降低設計的復雜程度并減少認證方面的工作量。

IC 和模塊的設計與開發考量因素

RF 設計復雜性

• IC：RF 工程師必須精心設計并優化天線布局、PCB 走線長度以及匹配網絡。即使布局上存在細微的差異，也可能會降低信號性能，這就需要進行大量的調試工作。
• 模塊：預先優化的 RF 設計消除了對復雜天線布局和匹配的需求，從而減少了開發時間和精力。

認證與合規

• IC：使用 SoC 的產品需要針對每個目標市場（如 FCC、CE 等）分別獲得監管批準，這可能既昂貴又耗時。
• 模塊：模塊帶有預先認證的監管批文，這大大降低了認證成本和風險。

上市時間

• IC：RF 設計和認證的復雜性可能會使產品的發布推遲 3-6 個月。
• 模塊：更快的開發周期能夠使產品更快地進入市場，這對于競爭激烈的行業來說是一項至關重要的優勢。

成本分析

• IC：初始組件成本較低，但設計和認證費用較高。適用于規模經濟效益能夠證明投資合理性的大規模生產。
• 模塊：單位成本較高，但設計和開發費用有所降低。非常適合中低產量的生產情況。

IC 設計的隱性成本

正如 Silicon Labs 白皮書《無線 SoC 設計的六大隱性成本》所強調的那樣，采用 SoC 進行設計會帶來一些常常被忽視的隱性成本：

• RF 專業知識：聘請專業的 RF 工程師，每年的費用可能在 100,000 到 200,000 美元之間。
• 實驗室設備：頻譜分析儀、電波暗室以及其他 RF 測試設備的費用可能高達 50,000 美元。
• PCB 布局：實現最佳天線性能需要迭代 PCB 設計和制造周期。
• 認證成本：在五年時間里，對 SoC 進行的監管測試費用可能會超過 50,000 美元。

SiP（系統級封裝）與 PCB 模塊

在考慮 IC 和模塊時，另一個因素是所使用的外形尺寸。

SiP 模塊

系統級封裝 (SiP) 模塊將多個組件集成到單個封裝中，提供了一種緊湊的解決方案，具備優化的 RF 性能，尺寸更小（小于 12 x 12 毫米），組件預先集成，采用先進的封裝技術（例如，堆疊式存儲器），針對高性能應用進行了優化，并且需要精心進行熱設計和機械設計。

PCB 模塊

PCB 模塊由一塊載板組成，各組件分別安裝在該載板上。它們提供了更簡便的開發流程和內部原型設計方式，設計變更更加靈活，更容易進行二次采購，并且尺寸通常更大（大于 10 x 10 毫米）。

用于小型化物聯網設計的 SiP 模塊

Silicon Labs 的系統級封裝 (SiP) 模塊（比如 BGM220S）就體現了基于模塊設計的優勢。這些模塊具有集成的 RF 組件和屏蔽功能，為諸如可穿戴設備和智能傳感器等空間受限的應用提供了卓越的尺寸和性能優化方案。SiP 模塊的占位面積僅為 6.5 x 6.5 毫米，在確保強大 RF 性能的同時減少了 PCB 占用空間。

何時選擇 IC 與模塊

在以下情況下，IC 是理想的選擇：

• 高產量證明了前期設計和認證成本的合理性。
• 設計團隊擁有 RF 專業知識，并且能夠使用先進的實驗室設施。
• 自定義 RF 優化對該應用至關重要。

在以下情況下，模塊是更佳選擇：

• 快速推向市場至關重要。
• 需要將監管認證成本降至最低。
• 該應用需要緊湊且標準化的設計。

平衡方法

在 IC 和模塊之間做出選擇取決于具體的項目需求、可用資源以及業務目標。Silicon Labs 具備同時提供這兩種解決方案的能力，這確保了客戶能夠隨著自身生產規模的擴大和設計能力的提升，從使用模塊無縫過渡到使用 SoC。通過與單一供應商合作，公司能夠保護自身在軟件方面的投資，并優化其物聯網設計，以實現長期成功。