Semtech LoRa芯片系列介绍与对比

LoRa（Long Range）技术作为低功耗广域网络（LPWAN）领域的核心技术之一，凭借其远距离、低功耗、高灵敏度和强抗干扰性等特点，已成为低功耗广域网络（LPWAN）的一种主要技术选项。作为LoRa技术专利的持有者和核心射频芯片的唯一供应商，Semtech公司推出的LoRa射频芯片构成了LoRa物理层（PHY）。从早期的SX127x系列到如今集成定位、支持多频段乃至卫星通信的芯片型号，Semtech的芯片产品线在功能（如定位）和频段支持（如2.4GHz、卫星）上进行了扩展，以适用于不同的物联网应用场景。

本文将梳理Semtech旗下的主要LoRa芯片系列，详细阐述各系列（包括SX127x、SX126x、SX128x、SX130x及LR系列）的技术规格、核心差异、演进路径和典型应用场景，为技术选型和应用开发提供参考。

Semtech LoRa 芯片概览：核心系列与定位

Semtech的LoRa芯片产品组合可以根据其主要功能和应用场景分为三大类：

• 终端节点（End-Node）芯片：这是LoRa网络中数量占比最高的部分，用于各种传感器、执行器等终端设备。这类芯片的核心设计目标是优化功耗，以支持长达数年的电池寿命。主要代表系列包括 SX127x 、 SX126x 、 LLCC68 和 SX128x 。
• 网关（Gateway）芯片：负责汇聚区域内大量终端节点的数据，并将其通过互联网回传至网络服务器。网关芯片需要具备多通道并行处理能力，以同时接收来自不同节点、使用不同扩频因子的信号。主要代表系列是 SX130x 。
• 多功能集成与定位芯片：这是Semtech近年来重点发展的方向，将LoRa通信与其他功能（如GNSS定位、Wi-Fi嗅探）集成在单一芯片上，以用于资产追踪等应用。主要代表是 LoRa Edge™ 平台的LR系列 ，如 LR1110 和 LR1120 。

接下来，将分别介绍这些系列的具体型号。

一、 终端节点 (End-Node) 芯片介绍

终端节点芯片是LoRa技术应用的基础，其发展历程清晰地反映了市场对功耗、成本和性能的持续追求。

1.1 SX127x 系列：第一代终端芯片

SX127x系列是Semtech推出的第一代LoRa终端芯片，是LoRa技术早期的主要芯片，推动了其市场应用。该系列具备远距离通信能力和抗干扰性。

• 主要型号：SX1272、SX1276、SX1277、SX1278、SX1279。
• 技术特点：
  • 频段支持：不同型号针对不同频段。例如， SX1276 支持137MHz至1020MHz的宽频段通用性强；而 SX1278 主要集中在137MHz至525MHz的Sub-GHz低频段； SX1272 则支持862MHz至1020MHz。
  • 输出功率：最大发射功率通常可达 +20dBm 。
  • 接收灵敏度：SX1276/SX1278 可达到 -148dBm (SF12, 125kHz带宽)，SX1272 为 -138dBm。
  • 功耗：作为第一代产品，其功耗相对较高。接收模式（RX）下的电流消耗约为 9mA 至 11mA 睡眠电流可低至 0.2μA。
  • 调制方式：除了核心的LoRa®调制，还兼容传统的(G)FSK、GMSK和OOK调制，提供了灵活性。
  • 封装：常见为QFN-28 (6x6mm) 封装。

• 区别与定位：SX127x系列内部型号的主要区别在于工作频段范围。例如，SX1276/7/8/9系列中，SX1276/77主要面向欧美市场（868/915MHz），而SX1278则更适用于中国市场（433/470MHz）。虽然性能稳定，但其功耗和尺寸参数高于后续产品。
• 应用场景：各类对功耗有一定裕量的物联网终端，如早期的智能抄表、环境监测、智能农业等。
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1.2 SX126x / LLCC68 系列：第二代低功耗芯片

为了应对市场对更低功耗、更小尺寸和更低成本的需求，Semtech在2018年左右推出了第二代LoRa收发器——SX126x系列。该系列在功耗、尺寸和部分射频指标上进行了迭代。

• 主要型号：SX1261、SX1262、SX1268，以及面向特定市场的衍生型号 LLCC68。
• 技术特点与核心区别 (vs. SX127x)：
  • 功耗降低：这是SX126x系列的主要改进。其接收模式（RX）电流为 6mA 左右，相比SX127x系列降低了约50%。这有助于延长设备电池寿命。
  • 更高的输出功率： SX1262 和 SX1268 的最大发射功率提升至 +22dBm ，进一步增强了通信距离和链路预算。而 SX1261 则专注于低功耗应用，最大功率为+15dBm。
  • 更宽的频率范围：SX1261和SX1262支持从 150MHz到960MHz 的连续频率范围，为全球部署提供了灵活性。SX1268则覆盖410-810MHz。
  • 更小的封装尺寸：采用4x4mm的QFN封装，比SX127x系列小了近45%，有助于实现更紧凑的产品设计。
  • 增强的功能：新增了对扩频因子SF5的支持，可实现更高的数据速率。同时，引入了新的命令式SPI接口和BUSY信号，简化了MCU的控制逻辑。
  • LLCC68：可以看作是SX1262的成本优化版本，主要面向智能家居等成本敏感型市场。它保留了低功耗和高输出功率的核心优势，但在可配置的速率范围上有所限制。
• 应用场景：SX126x系列因其低功耗特性（RX电流约4.6mA），适用于对电池寿命要求严苛的场景，例如智慧城市中的传感器网络、物流追踪器、可穿戴设备和智能家居设备。G-NiceRF的LoRa1262系列模块是基于Semtech SX1262芯片 的一种实现方案。 该模块内部集成了高精度TCXO晶振 及完整的射频匹配与滤波电路。

1.3 SX128x 系列：2.4GHz 频段芯片

与工作在Sub-GHz频段的SX127x和SX126x不同，SX128x系列专为全球通用的 2.4GHz ISM频段 设计。

• 主要型号：SX1280, SX1281, SX1282。
• 技术特点：
  • 工作频段：4GHz。这使得它可以在全球范围内无需考虑地区频率法规限制而使用。
  • 新增调制方式与功能：除了LoRa调制，还支持 FLRC（Fast Long Range Communication） 调制，提供了更高数据速率的选项。
  • 测距（Ranging）功能：SX128x系列的一个特定功能是集成了基于飞行时间（Time-of-Flight）的测距引擎，可以在不依赖GPS的情况下实现设备间的距离测量，精度可达米级。
  • 输出功率：典型最大输出功率为 +12.5dBm 。
• 应用场景：适用于需要更高数据吞吐量、全球漫游能力或内置测距功能的应用。例如，智能钥匙、无人机控制、机器人通信、社交距离检测设备以及其他需要实时定位服务的物联网应用。

二、 网关芯片介绍

网关是LoRaWAN网络架构中的核心基础设施，负责连接大量的终端节点和云端服务器。

SX130x 系列：多通道网关基带芯片

• 主要型号：SX1301、SX1302、SX1308、SX1303。
• 技术特点：
  • 定位：这些是数字基带处理器（Baseband Processor），专为LoRaWAN网关设计。它们自身不包含完整的射频收发链路，需要与 SX125x系列 （如SX1250、SX1255、SX1257）等射频前端芯片配合工作。
  • 多通道处理：一个SX130x芯片通常可以支持 8个上行通道和1个下行通道 ，能够同时解调多个不同扩频因子（SF）和频率的LoRa信号，这是其与终端芯片的主要区别。
  • 型号演进：
    • SX1301/SX1308：是第一代网关基带芯片，用于早期的LoRaWAN网关。SX1308是成本优化的版本。
    • SX1302：作为新一代产品，在功耗、散热和成本方面都优于SX1301。它降低了工作电流，使得构建更紧凑、更低成本的室内网关或USB供电的微型网关成为可能，并提升了接收灵敏度。
    • SX1303：是低功耗网关芯片，增加了对网络中心定位（基于TDOA）的精细时间戳支持。
  • 应用场景：构建室外宏网关（Macro Gateway）和室内微型网关（Pico/Femto Gateway），是部署公共或私有LoRaWAN网络的关键组件，广泛用于智慧城市、工业物联网、大规模园区管理等场景。

三、 多功能集成与定位芯片：LoRa Edge™ 平台

Semtech的LoRa Edge™平台将LoRa通信与GNSS及Wi-Fi扫描功能集成在单一芯片上，从射频通信扩展到了辅助定位服务。

• 主要型号：LR1110、LR1120、LR1121。
• 技术特点：
  • 高度集成：这类芯片在单个封装内集成了LoRa收发器、 GNSS（GPS/北斗）扫描引擎 和 Wi-Fi无源扫描引擎 。
  • 智能定位：它采用“端云结合”的定位模式。芯片只负责扫描原始的GNSS和Wi-Fi信号，将极少量的数据通过LoRaWAN网络上传至云端服务器进行解算。这种方式降低了终端的功耗和成本，因为复杂的定位计算由云端完成。
  • 型号演进与区别：
    • LR1110：是第一代LoRa Edge芯片，主要支持Sub-GHz LoRa通信以及GNSS和Wi-Fi扫描。
    • LR1120：于2022年发布，是第二代产品。它在LR1110的基础上，增加了对 4GHz LoRa通信 和 卫星S频段通信 的支持，扩展了频段适用范围。
    • LR1121：于2023年发布，是一款多频段LoRa收发器，同样支持Sub-GHz、2.4GHz和S频段，专注于提供灵活的多频段通信能力。
  • 应用场景：专为需要低功耗、长续航的资产追踪和管理应用而设计。例如，物流集装箱追踪、共享单车定位、牲畜管理、贵重物品防盗、人员安全监控等。

四、 2022年之后的新发布与未来趋势

• LR1120/LR1121：如上所述，这两款于2022年和2023年发布的芯片，通过集成多频段（Sub-GHz, 2.4GHz, S-Band），将LoRa的应用从地面物联网延伸到了卫星物联网（Direct-to-Satellite IoT），这标志着LoRa技术开始应用于卫星物联网（Direct-to-Satellite IoT）。
• LoRa Gen 4 (LR202x系列)：Semtech在2025年推出了代号为“LoRa Gen 4”的新一代平台，其目标是提升数据速率，以支持传统LPWAN无法覆盖的应用场景。
  • 关键特性：该系列（包括LR2021、LR2022、LR2012等型号）支持高达 6Mbps 的数据速率，同时保持LoRa固有的低功耗和远距离特性。
  • 应用场景：适用于需要传输更大数据量的应用，如 AI边缘应用 、低分辨率视频流、固件无线更新（FOTA）、无人机通信和AI安防摄像头等。这表明LoRa技术正向支持更高带宽的物联网应用领域扩展。

核心差异对比总结

下表对比了各系列芯片的核心定位与特点：

结论

Semtech的LoRa芯片产品线展现了一条清晰的演进路径：

• 从基础通信到性能优化：SX127x系列完成了早期的市场应用。随后的SX126x系列在关键指标上进行了迭代，例如将RX电流从约10mA降低至4.6mA（降低约50%），并将封装尺寸缩小约45%。这提升了产品在低功耗终端市场的竞争力。
• 从单一频段到多频段覆盖：产品线覆盖了从特定区域的Sub-GHz频段（如SX1278），发展到支持150-960MHz宽频段（SX126x），并补充了2.4GHz ISM频段（SX128x）。近期的LR1120则整合了卫星S频段，扩展了LoRa技术的应用场景。
• 从通信到功能集成：以LR系列为代表，产品策略从单一的射频通信转向功能集成。例如，LR1110/LR1120在芯片内部集成了GNSS和Wi-Fi扫描引擎，使终端具备了低功耗的辅助定位能力。
• 从低速率到高速率拓展：LoRa Gen 4平台（如LR202x系列）将数据速率上限提升至2.6Mbps。这一参数使其可以用于以往LPWAN无法支持的场景，例如固件更新（FOTA）或低分辨率视频流。

综上所述，Semtech的LoRa芯片产品组合已从单一的远距离、低速率通信，扩展到覆盖多频段、集成定位功能以及更高数据速率的型号。在选择芯片时，应根据应用对功耗、成本、通信距离、数据速率、尺寸以及是否需要定位等附加功能的具体需求，在这些系列中做出最合适的选择。

FAQ（常见问题解答）

Q1：新设计中，应如何选择 SX126x 和 SX127x？

A1：SX126x 系列是第二代芯片，在关键参数上优于第一代的 SX127x。主要区别：

• 功耗：SX126x 的接收（RX）电流约 6mA，而 SX127x 约为 9.9mA - 11mA。
• 尺寸：SX126x 采用 4x4mm 封装，小于 SX127x 的 6x6mm。
• 功率：SX1262/SX1268 最大发射功率可达 +22dBm，高于 SX127x 的 +20dBm。
  对于功耗和尺寸有优化要求的新设计，推荐使用 SX126x 系列。

Q2：何时应使用 2.4GHz (SX128x) 而非 Sub-GHz (SX126x)？

A2：选择取决于应用需求：

• Sub-GHz (SX126x/SX127x)：通常提供更远的通信距离和更强的信号穿透能力，但频段有区域性限制（如 470MHz 在中国，868MHz 在欧洲）。
• 4GHz (SX128x)：是全球通用的 ISM 频段，无需区域许可。它支持更高的数据速率（FLRC 调制），并集成了测距（Ranging）功能。
  如果应用需要全球部署、更高速率或测距功能，SX128x 是合适的选择。如果首要目标是通信距离和穿透性，Sub-GHz 芯片更优。

Q3：网关芯片 (SX130x) 和终端芯片 (SX126x) 的核心区别是什么？

A3：两者功能不同。

• 终端芯片 (SX126x)：是单通道收发器，用于终端设备。
• 网关芯片 (SX130x)：是多通道数字基带处理器（如 SX1301/SX1302 支持8个上行通道），用于网关设备，必须配合射频前端（如 SX125x）工作。SX130x 允许网关同时接收来自多个终端、使用不同扩频因子的信号。

Q4：什么情况下需要使用 LoRa Edge™ (LR11xx) 系列？

A4：当应用的主要需求是低功耗资产追踪时，应考虑 LR11xx 系列。该系列在 LoRa 收发器之外，集成了 GNSS 和 Wi-Fi 扫描引擎。它通过将原始定位数据（如卫星星历）上传至云端解算，大幅降低了终端侧的功耗，适用于长周期的物流或资产管理。

Q5：LLCC68 和 SX1262 有什么区别？

A5：LLCC68 是 SX126x 系列的成本优化版本，有时也称为“SX1262 精简版”。它保留了 SX1262 的低功耗 RX（4.6mA）和高功率 TX（+22dBm）的核心特性，但在可配置的调制参数（如扩频因子和带宽组合）上有所限制。它主要面向智能家居等对成本敏感、但仍需高性能的特定市场。