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P05 · Air 平台评估 —— TI 2.4 GHz SoC、触摸输入与电池形态

类型评估状态现行更新2026-09-22
  • Level-1 规格:P05-air.md
  • 设计附录:P05-air-design.md
  • 依据:各原厂数据手册、产品页与 CSA 认证记录,数据日期 2026-09-22;版本号在各表中注明。数据手册能力不等于整机性能、现货或目的地认证

本文是评估,不是选型决定;不改变任何规格数值。规格只在待决项 AIR-O-01、AIR-O-02、AIR-O-05 引用本文;设计附录 §2 可引用本文的对照表。

三个问题:

  1. TI SimpleLink 2.4 GHz SoC(CC2340、CC2652、CC2674、CC2755)相对现行推荐 ESP32-H2 和备选 nRF54L15,在功耗、供电窗口、安全和协议上处于什么位置。
  2. 电容触摸输入能否替代机械键,片上触摸块与外挂触摸 IC 各要付出多少电流与时延。
  3. 在 SoC 供电下限降到 1.7 V 量级之后,2×AAA 锂电池、碱性电池、纽扣电池与 Li-SOCl2 各自的取舍。

边界:

  • 提问中的"802.11"按 Air 的 2.4 GHz 平台(BLE / 802.15.4)理解。Air 是电池按键,只与自有 Air Hub 建 BLE 链路,Wi-Fi 从未进入候选;TI 的 Wi-Fi 6 伴随芯片 CC3301 只在 §2.1 记一行,供 Air Hub / Mate 参考。
  • 规格 §1 明确首版不含 Matter;Zigbee / Thread / Matter 的核实(§3.5)回答的是"该平台日后能否成为 Matter over Thread 终端",不改变首版边界。
  • 所有 mAh/年 数字是按设计附录 §4 工况的量级估算,不能替代逐状态电荷积分;本文不宣称任何续航已达成。

2.1 表 A:不带触摸外设的射频 + MCU 一体 SoC

章节标题:“2.1 表 A:不带触摸外设的射频 + MCU 一体 SoC”
器件(数据手册版本) 待机(RTC + RAM 保持) RX / TX 0 dBm 供电 无线 数据手册列出的安全功能 备注
Espressif ESP32-H2-MINI-1(现行推荐) 7 µA 25 mA / 55 mA @7 dBm 3.0–3.6 V,外部电源需 0.35 A 峰值 BLE 5.3 + 802.15.4 Secure Boot v2、flash 加密、eFuse 2×AAA 必须配 buck-boost;见 ESP32-H2 评估
TI CC2340R5 / R53(SWRS272F,2026-05) 0.71 µA(R52 口径,R53 64 KB 未单列) 5.3 / 5.1 mA;+8 dBm 10.7 mA 1.71–3.8 V,片内 DCDC BLE 5.4(Core 5.4 认证)、Zigbee、Thread AES-128、RNG、ROM 内 SHA-256;未列安全启动与调试锁 512 KB / 36–64 KB;QFN24 4×4、QFN40 5×5、WCSP;CC2340R5MODA 7×10 mm 认证模组(SWRS349A,2026-06,仅 BLE 预认证:FCC、ISED、EN 300 328、ARIB、NCC、KCC)
TI CC2755R10(SWRS306E,2026-09) 0.9 µA 6.1 / 7.7 mA;+10 dBm 24.5 mA 1.71–3.8 V BLE 6.0(含信道探测)、Zigbee 3.0、Thread、Matter HSM、安全启动信任根、TrustZone-M、DPA 对策、电压毛刺监测 1 MB / 162 KB;QFN40 6×6、WCSP;产品页 状态 ACTIVE
Nordic nRF54L15(数据手册 v1.0) 0.6 µA System OFF;0.8 µA 带 GRTC 3.2 / 5.0 mA 1.7–3.6 V BLE 5.4 + 802.15.4 TrustZone、KMU NFC-A;1.5 MB / 256 KB;产品页
Silicon Labs EFR32BG22(Rev 1.3) 1.40 µA(32 KB,LFXO) 3.6 / 4.1 mA;+6 dBm 8.2 mA 1.71–3.8 V 仅 BLE Secure Vault Mid、安全启动 RTSL 512 KB / 32 KB;无 802.15.4
Silicon Labs EFR32BG27(搜索摘录,待按数据手册复核) 1.6 µA(64 KB) 3.6 / 4.1 mA 1.71–3.8 V 仅 BLE Secure Vault 未从原厂站点抓取全文
ST STM32WB05xN(DS14620 Rev 2,2024-06) 0.8 µA Deepstop(LSE);1.0 µA(LSI) 3.4 / 4.3 mA 1.7–3.6 V 仅 BLE 5.4 首页未列 Cortex-M0+;xN 为网络协处理器型号,独立 MCU 用 xZ
onsemi RSL15(Rev 4,2023-04) 36 nA(GPIO 唤醒);57 nA(晶振 + RTC) 2.7 / 4.3 mA 1.2–3.6 V,可直接接 1.5 V 或 3 V 纽扣电池 仅 BLE 5.2 Arm CryptoCell-312、安全启动、TrustZone 284/512 KB flash、80 KB RAM;本表睡眠电流最低
Infineon AIROC CYW20829(Rev *L,2025-08) 4.5 µA(64 KB) 5.6 / 5.2 mA;+10 dBm 17.2 mA 1.7–3.6 V 仅 BLE 5.4 安全启动、eFuse 数据手册无 CAPSENSE;外置 QSPI flash
NXP MCX W71(产品页;AN14389 实测) 未取得(数据手册需登录) 6.9 / 6.9 mA(buck,实测峰值) 1.8–3.6 V BLE 5.3 + 802.15.4、Matter、Thread、Zigbee EdgeLock 安全飞地、安全启动与调试 可选 CAN FD;1 MB / 128 KB
Telink TLSR9218(搜索摘录,未取得数据手册) 0.7 µA 无保持;1.7 µA 32 KB 6.1 / 6.6 mA — BLE 5.2 + Zigbee / Thread / Matter — 按未核实处理
TI CC3301(SWRS294F,2025-10) — Wi-Fi RX 62 mA;DTIM=3 连接空闲 355 µA 1.8 V + 3.3 V PA Wi-Fi 6 + BLE 5.4 伴随芯片 固件认证、防回滚 需 Linux / RTOS 主机经 SDIO / SPI 运行 TCP/IP;只与 Air Hub / Mate 相关

2.2 表 B:带片上电容触摸外设的射频 + MCU 一体 SoC

章节标题:“2.2 表 B:带片上电容触摸外设的射频 + MCU 一体 SoC”
器件(数据手册版本) 触摸块与通道 CPU 睡眠时能否扫描 待机(RTC + RAM) RX / TX 0 dBm 供电 无线 数据手册列出的安全功能
TI CC2652R7(SWRS253B,2023-03) Sensor Controller:恒流源 + 时间数字转换器 + 比较器,最多 8 个模拟 GPIO;基线跟踪、滞回、滤波由 SCE 执行 能:SCE 在 Standby 中运行,2 MHz 时 29.2 µA,按占空运行 0.9 µA(144 KB);0.8 µA(64 KB) 6.4 / 7.3 mA;+5 dBm 9.7 mA 1.8–3.8 V BLE 5.2、Zigbee、Thread、Matter AES、ECC/RSA 公钥加速、SHA-2、TRNG;首页未列安全启动
TI CC2674R10(SWRS268B,2024-04)/ CC2674P10(SWRS269B,+20 dBm) 同上 能:2 MHz 时 32 µA 1.19 µA(256 KB);0.96 µA(128 KB) 6.4 / 7.3 mA(P10 6.9 mA;+20 dBm 102 mA) 1.8–3.8 V BLE 5.3、Zigbee、Thread、Matter、Wi-SUN 安全启动、安全密钥存储、TrustZone、安全调试锁、防回滚
ST STM32WBA55(DS14127 Rev 6,2024-09) TSC,最多 20 个 sensor(电荷转移,每组 3 sensor + 1 Cs) 否:TSC 在 Run / Sleep 工作,Standby 下每次扫描需 RTC 唤醒 0.9 µA(64 KB);160 nA 无 RAM 4.4 / 5.2 mA;最大 +10 dBm 1.71–3.6 V BLE 5.4 + 802.15.4(Thread、Matter、Zigbee) TrustZone、RDP、RSS 安全启动、抗 DPA 的 AES 与 PKA
ST STM32WB55(DS11929 Rev 14,2022-08) TSC,最多 18 个 sensor;QFN48 封装无 TSC 否(同 WBA55) 0.6 µA(SRAM2a 32 KB + RTC) 4.5 / 5.2 mA 1.71–3.6 V BLE 5.3 + 802.15.4 PKA、AES、RSS 安全启动
Silicon Labs EFR32MG24(Rev 1.2) ACMP 的电容感应振荡模式(非独立触摸块);另有 6×8 机械键盘扫描 KEYSCAN 部分:ACMP / LETIMER 经 PRS 可在 EM2 工作,需软件调校 1.3 µA(16 KB) 4.4 / 5.0 mA;+10 dBm 19.1 mA 1.71–3.8 V BLE、Zigbee、Thread、Matter、信道探测 Secure Vault High:PUF、防篡改、安全调试
Microchip PIC32CX-BZ3 / WBZ351 模组(DS70005541C,初版) CVD 触摸控制器,最多 8 路,共用 SAR ADC 未说明;"Sleep Walking" 外设待核实 1.7 µA(16 KB);1.9 µA(32 KB) RX 未提取;TX 0 dBm 26 mA 含 CPU,仅 MLDO 线性模式 1.9–3.6 V BLE 5.2 + Zigbee 3.0 安全启动 ROM、eFuse 密钥、调试锁
Renesas RA4W1(Rev 1.00,2020-03) CTSU,本封装 14 个 TS 引脚 否:需 CPU 或 snooze 唤醒 0.9 µA(48 KB)+ RTC 0.4–0.5 µA 3.3 / 4.5 mA(DC-DC) 1.8–3.6 V 仅 BLE 5.0 AES、TRNG;未列安全启动
Infineon PSoC 63 BLE(Rev *S,2026-06) CAPSENSE CSD 块,宣称耐液体 否:CAPSENSE 不能从 Deep Sleep 唤醒,扫描需 CPU 7 µA(64 KB) 6.7 / 5.7 mA 1.7–3.6 V 仅 BLE 5.0 eFuse、安全启动
Espressif ESP32-H4(产品页;无数据手册) 15 个触摸 GPIO 未知 未公布 未公布 — BLE 5.4 + 802.15.4、Thread 1.4、Zigbee 3.0 未公布;2026-09 仍为送样
Espressif ESP32-S3(对照) 14 路触摸,可从深睡唤醒 能,开启触摸唤醒约 30 µA 7 µA BLE 90 mA 以上 3.0–3.6 V Wi-Fi + BLE 5.0,无 802.15.4 与 ESP32-C6 同理否决

2.3 外挂触摸 IC(配表 A 任一 SoC)

章节标题:“2.3 外挂触摸 IC(配表 A 任一 SoC)”
器件(数据手册版本) 通道 低功耗模式电流 供电 备注
TI MSP430FR2633 CapTIvate(SLAS942E,2019-12) 最多 16 自电容 / 64 互电容 LPM3 唤醒扫描:1 键 3.4 µA、4 键 3.6 µA、1 路接近 5 µA(3.3 V);16 键常扫 27.2 µA 1.8–3.6 V 硬件状态机在 CPU 睡眠时扫描;宣称支持水滴抑制与金属触摸;TI 耐液体键盘参考设计 TIDM-1021 用互电容 + 接地良好的市电电源,且注明"未做低功耗优化"(1.1 mA)
Azoteq IQS7222A(v1.7,2026-02) 9 / 8 个外部焊盘,最多 12 通道,自/互电容 ULP 模式 2 路自电容 150 ms 报告周期 5.8–6.7 µA;LP 60 ms 110–126 µA;NP 16 ms 426–450 µA 1.71–3.6 V I2C;"可做防水";WLCSP18 1.62 mm 或 QFN20 3×3 mm
电池(数据手册) 容量 温度 关键数据
Energizer L92,AAA Li-FeS2(L92GL1222) 低负载放电到 0.8 V 约 1250 mAh −40…60 °C,货架 25 年 内阻 140–180 mΩ;1.5 A 连续 / 2.0 A 脉冲;7.6 g;锂含量 <1 g
Energizer E92,AAA 碱性(产品页与经销商数据) 1100–1200 mAh −18…55 °C 内阻 150–300 mΩ;用户最可能替换装入的型号
Energizer CR2450,Li-MnO2 620 mAh(7.5 kΩ,到 2.0 V) −30…60 °C 自放电约 1 %/年;脉冲测试 300 Ω / 9 mA;内阻随放电由数十欧升至 100 Ω 量级;5.0 mm 厚
ER10450,AAA Li-SOCl2(各厂商产品页) 800 mAh,3.6 V −60…85 °C 自放电 <1 %/年;长期 µA 待机后钝化、电压延迟

规格 §2 的 750 mAh 预算对应三年 28.54 µA、五年 17.12 µA 平均负载。按设计附录 §4 工况(全年休眠、每日 30 次交互、每日 48 次健康联络),把射频能量按 RX / TX 电流比例从 H2 的估算缩放:

方案 休眠 射频 变换器静态 合计 / 年 占三年预算
ESP32-H2 + buck-boost(设计附录 §2.2) 61 mAh 约 20 mAh 9–26 mAh 90–105 mAh 36–42 %
TI CC2340R5,电池直供 6.2 mAh 约 4 mAh 0 约 10 mAh 约 4 %
TI CC2755R10,电池直供 7.9 mAh 约 6 mAh 0 约 14 mAh 约 6 %
TI CC2674R10,电池直供 8.4–10.4 mAh 约 5 mAh 0 约 15 mAh 约 6 %
nRF54L15,电池直供 5–7 mAh 约 3 mAh 0 约 9 mAh 约 4 %
ST STM32WBA55,电池直供 7.9 mAh 约 4 mAh 0 约 12 mAh 约 5 %

结论:TI、Nordic、Silicon Labs、ST 在同一数量级,都比 H2 低约一个数量级;TI 相对 Nordic 的差别是 Zigbee / Thread 栈、自有认证模组和(待询价的)价格,不是功耗。onsemi RSL15 睡眠再低一个数量级,但只有 BLE 且供应商规模小。

ESP32-H2 评估 §4 否决 CR2450 的三项阻断(3.0 V 下限、0.35 A 峰值、平均电流)都是 H2 的属性。表 A / B 中除 H2 与 PSoC 63 外的 SoC 输入下限为 1.7–1.9 V、发射峰值 ≤11 mA(0–8 dBm 档),因此:

电池 放电区间 可直接供电的 SoC
2×AAA Li-FeS2 串联 新电池 3.6 V → 0.9 V/节截止 1.8 V 下限 ≤1.8 V 的全部:CC2340、CC2755、CC2652 / CC2674、nRF54L15、BG22、WBA55 / WB55、RSL15
2×AAA 碱性串联 3.2 V → 1.8 V 同上,设计须按用户会装碱性电池处理
CR2450 单节 3.0 V → 2.0 V 同上;CC2340 数据手册要求纽扣电池加 10 µF 输入电容以满足 1 mV/µs 的下降斜率
ER10450 单节 3.6 V 标称 同上;两节串联 7.2 V 超出所有候选的上限

去掉 buck-boost 的收益有三项:变换器静态电流(设计附录估算 9–26 mAh/年)归零;电池测量回到直接分压;AIR-O-05 的 ≤14 mm 厚度可以重新讨论 CR2450 与 ≤12 mm。

SEC-05 要求签名更新、密钥保护、生产调试口保护、受控恢复与安全版本策略。

  • 满足(数据手册列出安全启动与调试锁):CC2755R10(HSM)、CC2674R10 / P10、nRF54L15、EFR32MG24 / BG22、STM32WBA55 / WB55、MCX W71、PIC32CX-BZ3、RSL15。
  • 缺口:CC2340R5 与 CC2652R7 的数据手册未列安全启动与调试锁,须 TI 书面确认 SDK 的启动校验与调试保护方案,否则不进比选。
  • ESP32-H2 满足;CYW20829 满足但无 802.15.4。

表 A / B 中只有 nRF54L15 带 NFC-A 标签。换到任何 TI 器件都不关闭 AIR-O-02:认证入网仍须在外挂 NFC 标签 IC、受控有线工具或其他经评审的认证方法中选定;若 NFC OOB 成为硬要求,nRF54L15 仍是唯一选项。

按原厂产品页、SDK 说明与 CSA 认证记录核实,数据日期 2026-09-22:

器件 BLE Zigbee Thread Matter 依据
TI CC2340R5 / R53 Core 5.4 认证 Z-Stack 在 Low Power F3 SDK TI OpenThread SDK 无:产品页未列 Matter,TI 把 Matter 指向 CC2755 产品页、数据手册
TI CC2652R7 5.2 有 有 有:SimpleLink Matter SDK 覆盖 CC13xx / CC26xx 数据手册、SimpleLink Matter SDK
TI CC2674R10 / P10 5.3 有 有 有(同上) 数据手册、TI E2E 迁移贴
TI CC2755R10 Core 6.0 认证,信道探测 Zigbee 3.0 认证 1.3 1.2 数据手册 SWRS306E 首页
Nordic nRF54L15 5.4 / 6.0 Zigbee R23 附加包,CSA Zigbee 3.0 证书 ZIG25035ZCP27505-24(2025-12-10) 有 nRF Connect SDK 为 Matter 1.4.2 认证平台实现 CSA 记录、Nordic Matter 页
Silicon Labs EFR32MG24 6.0 有 OpenThread 有 产品页
Silicon Labs EFR32BG22 / BG27 有 无 无 无 数据手册
Espressif ESP32-H2 5.3 Zigbee-Compliant Platform Thread 1.3.0 认证组件 经 ESP-Matter 构建 Matter over Thread 终端 产品页
ST STM32WBA55 5.4 有 有 X-CUBE-MATTER 预认证 数据手册 DS14127、X-CUBE-MATTER 数据简介
ST STM32WB55 5.3 有 有 2025-12-04 起 X-CUBE-MATTER 移除 WB55 支持 X-CUBE-MATTER 发布记录(搜索摘录,待复核)
ST STM32WB05 5.4 无 无 无 数据手册
NXP MCX W71 5.3 有 有 有 产品页
Microchip PIC32CX-BZ3 / WBZ351 5.2 Zigbee PRO R22 / 3.0 认证 BZ2 有 GitHub 示例,BZ3 未见 未见 产品页、数据手册
Telink TLSR9218 5.2 有 有 CSA Matter 1.2 证书 CSA2418AMAT43069-24(2024-03-14,Thread + BLE) CSA 记录
onsemi RSL15、Infineon CYW20829、Renesas RA4W1、Infineon PSoC 63 有 无 无 无 各数据手册

对 Air 的含义:首版只用 BLE,上表任一器件都满足;若日后要把 Air 做成 Matter over Thread 终端而不换平台,TI 内部只有 CC2652R7 / CC2674 / CC2755 可行,CC2340 不行;nRF54L15、MG24、WBA55、ESP32-H2 也可行。

判据不是"有没有触摸块",而是**"CPU 睡着时能不能扫描"**:

  • 表 B 中只有 TI Sensor Controller(CC2652R7、CC2674R10 / P10)在 BLE + 802.15.4 且具备 SEC-05 所需安全功能的芯片上做到自主扫描。ST TSC、Renesas CTSU、Infineon CAPSENSE 每次扫描都要主 CPU 参与,触摸成本由唤醒能量决定。
  • 量级估算(非实测):CC2674R10 上 4 个电极每 100 ms 扫一次、每次约 1 ms、SCE 约 30 µA,平均约 0.3 µA,加基线跟踪与唤醒约 1–2 µA,落在 1 µA 待机之上。外挂 IC 为 3.6–6.7 µA(§2.3),是另一个量级。
  • 规格 AIR-04 要求手势判定到结果灯 P50 ≤150 ms、P99 ≤300 ms。任何周期扫描都先花掉一个扫描周期才看见手势:150 ms 周期单独就耗尽 P50 预算;IQS7222A 缩到 60 ms 时电流升到 110–126 µA。
  • 舱内湿手、手套、浮地电池设备是耐液体触摸最不利的组合;TI 自己的耐液体参考设计依赖互电容和接地良好的市电电源。
  • 触摸还改变 AIR-06(10 万次机械寿命不再适用,面板与覆盖层厚度成为约束)并给产测增加调校步骤。

结论:首版保留机械键。若仍要触摸,建议作为 AIR-O-10 待决项记录,前提是互电容 + 防护电极 + 湿手 / 手套实测,并单列功耗与时延预算;平台上优先 CC2674R10 的 Sensor Controller,而不是外挂 IC。

在 SoC 直接供电的前提下:

电池 优点 限制 建议
2×AAA Li-FeS2(L92) 容量最大、−40 °C、25 年货架、内阻低 厚度 ≤14 mm;锂金属运输文件(AIR-O-06) 保持为基线
2×AAA 碱性(E92) 随处可买、非锂运输 −18 °C 下限不满足 −20 °C 目标;漏液 不作基线,但设计与低电量阈值须兼容 1.6→0.9 V/节
CR2450 5 mm 厚,重开 ≤12 mm;自放电 1 %/年;按 §3.1 约 10–15 mAh/年,五年目标有余量 内阻随寿命升到 100 Ω 量级,低电量阈值须带载标定;需 10 µF 输入电容 作为厚度驱动的备选,在 AIR-O-05 与 AAA 并列评审
ER10450 Li-SOCl2 −60…85 °C、自放电 <1 %/年 长期 µA 待机后钝化与电压延迟,正是 Air 的工况;脉冲能力弱 不推荐,除非配混合电容并实测钝化恢复
  • 未取得任何器件的 1ku 价格、MOQ、交期与生命周期声明。
  • CC2340R5 与 CC2652R7 的安全启动 / 调试锁状态待 TI 书面确认;CC2340R53(64 KB)的待机电流未单列。
  • CC2340R5MODA 为 2026-06 新品,仅 BLE 预认证。
  • EFR32BG27、TLSR9218 只有搜索摘录;MCX W71 待机电流在 NXP 登录墙后;PIC32CX-BZ3 的 RX 电流未提取;ESP32-H4 无数据手册且仍在送样。
  • STM32WB55 从 X-CUBE-MATTER 移除的说法来自搜索摘录,须按 ST 发布记录复核。
  • 所有 mAh/年 为量级估算;CR2450 末期内阻与低电量阈值、AAA 碱性替换行为、触摸方案的电流与时延均须实测。
  • 触摸相关数字是数据手册模式值,不是调校后的整机值。
  1. AIR-O-01 / D0 比选:在 nRF54L15 旁加入 CC2755R10(不要触摸时)与 CC2674R10(要触摸时);CC2340R5 / R53 只有在 TI 书面确认启动校验满足 SEC-05 后才进入比选。三者都保留 Zigbee / Thread / Matter 路径,CC2340 没有 Matter。
  2. 真正改变预算的是"电池直供、去掉 buck-boost",而不是某一颗芯片;在 AIR-O-05 重新打开 CR2450 与 ≤12 mm 的讨论,与 2×AAA 并列评审。
  3. 首版保留机械键;若要触摸,开 AIR-O-10,条件为互电容 + 防护电极 + 湿手 / 手套实测与单列的功耗、时延预算,平台优先 CC2674R10 的 Sensor Controller。
  4. 电池基线保持 2×AAA Li-FeS2,设计兼容碱性替换,CR2450 作厚度驱动的备选,不采用 Li-SOCl2。
  5. AIR-O-02 不因换 TI 而关闭;NFC OOB 成为硬要求时仍只有 nRF54L15。
  6. CC3301 只进入 Air Hub / Mate 的射频比选,不进入 Air。