在設計物聯網 (IoT) 設備時，是使用無線模塊還是片上系統 (SoC) 可能是一個關鍵且具有挑戰性的決定。每個選項都有其獨特的優點和缺點，選擇正確的技術需要平衡性能、功能和成本。在本文中，我們將通過詳細比較無線模塊和 SoC 的成本影響來消除此過程中的一些不確定性。
了解無線模塊和 SoC
讓我們簡要回顧一下正在討論的技術。無線模塊是一種預先認證的單元，可作為完整的無線解決方案，通常包含帶有微控制器、軟件堆棧和天線的無線電收發器。無線模塊因其易用性和縮短開發時間而受到青睞。
片上系統 (SoC)是一種集成電路，在同一硅片上結合了微控制器單元和射頻(RF) 前端。SoC提供更多控制和靈活性，但需要更多設計工作。
無線模塊和SoC的成本比較
我們將使用以下指標來比較無線模塊和 SoC 的成本：
初始購買成本。
開發成本。
供應鏈成本。
可擴展性成本。
初始購買和開發成本
無線模塊包括預先認證的射頻電路、天線和軟件堆棧，所有這些都會增加購買成本。相比之下，SoC 只是沒有額外組件的集成電路。由于它們缺少無線模塊中的附加組件，因此初始購買成本較低。這使得 SoC 對于預算有限的設計人員來說很有吸引力。
然而，同樣的簡單性意味著開發成本可能會迅速上升。考慮以下與開發相關的費用清單：
射頻設計和工程費用。
實驗室設備和基礎設施投資。
PCB 配置和天線選擇的成本。
認證費用。
無線模塊包括預先設計、預先測試的射頻電路，無需內部射頻設計專業知識，并減少了對實驗室測試的需求。它們通常還經過預先認證，并包含內置天線和引腳排列，從而簡化了 PCB 布局過程。這些東西都包含在初始購買成本中，并且在開發階段不需要更多支出。另一方面，基于 SoC 的設計在進入市場之前需要額外的費用和時間來進行設計、測試和認證。基于無線模塊的設計上市時間更短，投資回報更快。
供應鏈和可擴展性成本
與基于 SoC 的設計所需的所有單獨部件相比，采購模塊更容易。后一種選擇可能會導致更高的供應風險，特別是對于規模較小的公司或在零部件短缺期間。然而，依賴模塊供應商來保證供應連續性的成本可能會很高。如果選擇 SoC，較大的公司或大批量生產可能會受益于對供應鏈的更多控制。此外，無線模塊通常意味著更高的單位成本，這在擴大規模時是一個缺點。對于大規模生產，SoC 的單位成本較低，可以抵消較高的開發成本。
盈虧平衡示例：無線模塊與 SoC
Silicon Labs 的 Tom Nordman、Joe Tillison 和 Nick Dutton 分析了在物聯網設計中使用無線模塊和 SoC 的成本。他們比較了BGM210P 無線藍牙模塊和EFR32BG21 藍牙 SoC的成本（30萬件的批量成本）。
他們的成本比較基于以下假設：
年產量為 10,000 至 300,000 件，無線模塊和 SoC 的售價分別為 2.99 美元和 1.11 美元。
SoC 的物料清單(BoM) 與制造過程中的測試相結合，每單位成本估計為 0.55 美元。其中 0.05 美元的成本來自測試；0.50 美元是 BoM。
他們計算出其產品的毛利率（產品銷售價格與其生產成本之間的差額）為4.98 美元。
據稱毛利率為 4.98 美元，比模塊價格高出 40%，這意味著利潤比他們在產品中使用無線模塊時產生的成本高出 40%。
由于其復雜的設計、認證和監管審批流程，該 SoC 被認為需要額外六個月的開發時間。根據工程師平均年薪 100,000 美元，假設這需要額外花費 50,000 美元左右。
考慮到這些因素，并考慮到上市時間和使用 SoC 帶來的收入損失，年產量的盈虧平衡產量在 500,000 到 1,300,000 件之間。如果我們忽略由于上市時間延遲而造成的收入損失，盈虧平衡點將下降到100,000 到 200,000 件之間。此處的盈虧平衡和盈虧平衡產量均指使用 SoC 的利潤開始等于（并隨后超過）使用無線模塊的利潤的產量范圍。
Silicon Labs 團隊的分析圖如圖 3 所示。黃線內的區域代表盈虧平衡量。由于生產過程中存在風險和不確定性，這個數量是一個范圍，而不是一個點。
當產量低于 500,000 件時，使用無線模塊比使用 SoC 更有利可圖。這是由于與 SoC 相關的前期成本較高且上市時間較長。然而，一旦產量達到收支平衡區，這些前期成本可能會分攤到足夠多的單元上，從而使 SoC 成為利潤更高的選擇。
作者指出，SoC 可能不是所有大批量產品的最佳選擇。例如，由于物聯網設備小型化的挑戰，一些最暢銷的移動設備選擇無線模塊，而本盈虧平衡比較沒有考慮到這一點。無線模塊提供緊湊的設計（SiP 模塊）、全面的全球認證和具有競爭力的組件成本。盡管 SoC 具有潛在的大規模成本效益，但也存在無法量化的風險，例如技術問題或認證問題。
最佳選擇
使用 SoC 進行設計使產品開發人員能夠靈活地定制設計其系統并集成他們所需的硬件和軟件功能。這種可定制性的另一面是增加了復雜性和更長的開發時間——設計人員需要深入了解 SoC 架構及其上運行的軟件。
相比之下，預制無線模塊通常需要較少的開發時間和專業知識，但在定制和集成方面可能會有所不足。對于較小的生產運行，或者如果快速上市時間至關重要，無線模塊可能更具成本效益；對于較大的產量，或者如果有內部專業知識，SoC 可能會更具成本效益。
那么最終，什么才是最劃算的選擇呢？這是一個不穩定的答案，取決于許多因素：具體產品、設計師、產品發布的緊迫性、產量等等。希望本文能夠幫助您做出明智的選擇。