ZigBee芯片厂商及应用前景分析

解析ZigBee上游芯片厂商

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。由于其低功耗；低成本；低复杂度，低速率和组网能力强而成为备受关注的一种通信方式。群所周知，任何一项通信技术及其所属于产业的发展离不开其核心芯片支持，核心芯片的工艺，性能，价格成本决定了所属产业的发展前景，ZigBee作为一项新兴的通信技术，上游芯片厂商在其指引整个ZigBee产业发展方面扮演了非常重要的角色。本文就此来分析下现今市场上ZigBee的主要芯片供应厂商。

目前市场上ZigBee芯片提供商有：TI（Chipcon）；Freescale；Ember;Jennic；Atmel；Integration；NEC；OkI；Renesas; 等9家。其中TI；Frescale；Ember；Jennic是市场上主导的供应厂商，这四大厂商基本上垄断了整个90%的市场份额。四大巨头势力都比较均衡，Jennic之前在整体实力和名气上可能稍有欠缺，但自从被NXP收购后，至少在行业影响力方面可以和其它三家的竞争对手平分秋色了。

在技术应用方面，四大芯片厂商可以提供“ZigBee RF+MCU”；“ZigBee协议栈芯片+外挂芯片”；“单SOC”等三种应用方案。这三种方案也是目前ZigBee产业芯片应用的主要应用方式。在“ZigBee RF+MCU”方案中，“ZigBee RF”是一款针对ZigBee协议及专有无线协议的2.4 GHz IEEE 802.15.4 收发器，该序列的芯片集成度都比较高，仅需要极少的电子元器件便可搭建完整的ZigBee协议底层硬件平台，由于该类芯片只是一个符合物理层标准的芯片，它只负责调制解调无线通讯信号，所以必须结合单片机才能完成对数据的接收发送和协议的实现。一般通过SPI和外接的MCU来通讯，由外接的MCU来运行处理ZigBee协议规范里上层应用。TI的cc2420;Frescale的MC13XX;都是此类应用芯片。“ZigBee协议栈芯片+外挂芯片”，在该类应用中，“ZiBee协议栈芯片”都是一款集成了2.4G无线射频收发和微处理器功能的专用芯片，用户可以让该款芯片来处理运行ZigBee协议栈和应用代码，但由于受片上Memory/处理器能力资源的限制，用户需额外配置一个存储芯片/MCU来完善整体的应用性能。Jennic的芯片多基于协议栈+外挂EEPROM的应用，而EMBER260序列是后者的典型应用。“单SOC”是随着半导体工艺发展而衍生的产物，也是当前最主要的一直应用方式，所谓“单SOC”是指把ZigBee射频和单片机以及Flash存储三部分集成在了一颗IC上所谓芯片，可以给用户PCB空间进一步缩小，降低了用户的硬件设计。这类芯片典型的有TI公司的CC2430; Frescale MC1321x；Ember公司的EM250等。

芯片只是实现功能的硬件“载体”，要达到完美的应用，都需要软件协议栈的强大支撑，以上所述的四大巨头都可以提供基于自家芯片的ZigBee协议栈，这其中像TI还是免费提供的。只有提供了基于自家芯片的ZigBee协议栈，开发者才能根据单片机的结构和寄存器的设置并参照协议中物理层部分和网络层部分的ZigBee协议自己去开发各自AP应用代码。如果芯片巨头没有自己的核心协议栈，别家的协议栈底层关于芯片寄存器地址部分的设置可能有所差异，这家给开发者的应用带来严重的阻碍，进而影响了其芯片的市场应用和市场份额。

具体针对国内市场，由于整个ZigBee产业在国内相比于欧美市场有比较明显的差距，缺少上规模和有实质用量的应用，更多的还是停留在关注和学习阶段。因此这四大巨头在国内市场份额就体现出了一定的差异。从熟知度来说，应该是TI序列的芯片名气是最大的，国内不少高校；研究所都是基于TI序列的芯片来研究学习ZigBee的，很多ZigBee开发板；开发

套件也都是基于TI芯片的，这可能与TI公司是最先免费提供自己ZigBee协议栈有一定的关系，降低了国内用户学习ZigBee技术的成本门槛。而像Frescale; Ember等公司由于一直还没有免费公布自己的ZigBee协议栈，其开发套件成本都在几W人民币，过高的学习费用门槛，导致普通学生或者工程师用户望尘莫及，因此在知名度方面要稍有逊色。但纵观国内ZigBee OEM客户厂商，真正有一定规模应用和影响力的厂商在选择应用芯片方案平台时，TI并没有体现出和知名度相匹配匹配的优势出来，四大巨头之间的竞争又趋于平衡。从国内行情来分析，基于Frescal和Ember两家公司方案在工业类的应用偏多，而TI和jennic两家的方案产品在消费类产品中较常见。这不知道是否和芯片的内在因素有一定的必然关系？值得我们后面继续关注比较。

ZigBee现状及前景分析

ZigBee从2002年ZigBee Alliance成立到2006年联盟推出比较成熟的ZigBee 2006标准协议，至今已走过了多个春秋，当Zigbee几年前刚出现时，它的支持者曾设想这种基于IEEE

802.15.4规范的无线技术拥有潜在的巨大市场。在低吞吐量、短距离通信应用中，成本是第一王牌，而类似蓝牙、802.11x和802.15.3等规范的性能过于强大。但对于一些Zigbee支持者来说，当初的设想并没有成为现实。

任何一项通信协议标准都离不开上游芯片厂商的支持和推动，ZigBee作为一项低功耗；低速率无线短距离传输应用的标准，自然也离不开芯片厂商的支持。从整个ZigBee产业联盟来看，主要的上游芯片供应商有五家，分别为Jennic;Ti(Chipcon）；Frescale;Ember;Ateml。“芯片”实际上只是一个符合物理层标准的芯片，它只负责调制解调无线通讯信号，所以必须结合单片机才能完成对数据的接收发送和协议的实现。为了进一步减少OEM厂商的成本，部分上游芯片厂商推出了在单颗芯片上同时集成了物理层的收发和单片机功能的单Soc解决方案，单Soc把射频部分和单片机部分集成在了一起，不需要额外的一个单片机，它的好处是节约成本，简化设计电路。而且基本上每家芯片公司都免费提供了基于自家芯片的ZigBee协议栈，大大地加速了ZigBee的应用和普及。

随着ZigBee协议标准的逐步完善和物联网大环境的带动，整个ZigBee产业可以说是朝着越来越繁盛的趋势发展，在5大上游芯片厂商和ZigBee联盟的不断努力推动下，基于ZigBee应用层出不穷，并和我们的实际生活接轨，让人们的生活更加智能美好了！ZigBee芯片全球销售收入逐年递增，ABI统计和预测了从2005年至2012年全球芯片的销售收入，如下图1所示：

图1 全球ZigBee芯片销售收入

ZigBee技术的应用十分广泛，现阶段以商业大楼自动化，家庭自动化控制（新建安装）与仪表控制为重点。商业大楼可以利用ZigBee完成自动控制，管理员可以有效地管理空调，灯光，火灾感应系统等各项开关控制系统，可以达到减少能源费用，降低管理人力等节约目的。对消费者来说，若家中具有ZigBee系统，可方便的监控家中的整体运作，有效掌握电力，自来水，瓦斯的使用状况之外，亦可以具有安全功能，例如可以在家中安装无线传感器来监控各种不同情况，一旦侦查到异状即可自动发出警告。ZigBee在仪表控制市场随着国际仪表巨头中国华立仪表集团；韩国NURI Telecom等纷纷开始引进ZigBee技术之仪表控制系统之后，这个市场开始受到重视。ZigBee仪表控制系统相当适合人工高昂，幅员辽阔，或是抄表员素质不良，抄表准确度不高，又或抄表员不易进入水，电，瓦斯仪表所在地的地方。具有这样背景的地方促使ZigBee仪表控制市场具有一定的需求。

虽然ZigBee应用越来越多，芯片出货量也连年递增，但总体来说，ZigBee市场仍然处于起步探索阶段，还没有真正上量起飞，主要表现在在于可应用的终端商用产品还多处于研发阶段，真正上市的不多，具有典型应用的方向和领域便少，点对点的应用较多，体现ZigBee优势的网状网络应用少，缺乏体现ZigBee大型组网应用。

虽然ZigBee在艰难中前进，但未来整个ZigBee产品还是值得我们期待，从技术标准层面上来看，未来ZigBee将紧密迎合物联网大概念方向趋势的发展，努力扮演好传输层界面上的角色，在ZigBee联盟的推动下，ZigBee技术将朝着开发SoC（片上系统），更多规范，于IPV6结合，更廉价，更省电，更快速等方向发展。从应用领域和方向方面来看，ZigBee完全有机会开拓在目前大然的智能手机领域中的应用，目前智能手机领域里短距离数据传输主要是通过蓝牙方式来实现，但相比于蓝牙，ZigBee的低功耗更具有优势，2节5号干电池可支持1个节点工作6~24个月，甚至更长，相比较，蓝牙能工作数周，WiFi只能工作数小时。同时，贵重设备的定位也是未来值得关注的一个大的潜在应用领域，加大在大型停车场，矿井人员定位等方面的应用。

作为离我们最近的中国市场，ZigBee产品的应用爆发可能需要的时间更长，中国的无线网络市场还未成熟，本土厂商的参与度还非常有限，未来ZigBee产业人士要加大无线自动抄表系统，车用无线领域等工业应用，便携设备等高端市场的应用。

综上所述，作为新兴的短距离无线通信技术，ZigBee产品将以各种各样的方式快步向我们走来，成为人类工作和生活中布可或缺的一部分。

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