Споредба на сопственички RF и Bluetooth

Дизајнерите имаат многу избор кога станува збор за безжично поврзување во апликации кои се движат од уреди за човечки интерфејс (HIDs) до далечински сензори за Интернет на нештата (IoT). Една од пофундаменталните одлуки што треба да се направи, и онаа со која многу дизајнери се уште се борат, е дали да се оди со стандарден RF интерфејс, како што се Wi-Fi, Bluetooth или ZigBee или сопствениот RF физички слој (PHY ) дизајн и протокол.

Причините за избор на еден над друг се многу, но исто така се и релативните размени во однос на трошоците, безбедноста, потрошувачката на енергија, интероперабилноста, времето за дизајн, робусноста во лицето на интерференција, коегзистенција, латентност и барања за сертификација. Многу од овие компромиси се меѓусебно поврзани, па дизајнерите прво мора да ги одредат барањата за дизајн, а потоа да се оптимизираат соодветно.

Оваа статија ќе дискутира за факторите кои треба да се земат предвид при изборот помеѓу стандардниот Bluetooth интерфејс и неслободниот RF протокол. Потоа ќе се воведе модул Bluetooth 5, проследен со силиконско решение врз кое може да се имплементира сопственички протокол, со соодветни упатства за секој за тоа како брзо да станат и да работат.


Неслободни RF добрите и лошите страни
Случајот за сопственички PHY и протокол е силен ако дизајнот бара оптимизација во правец на безбедност, ниска моќност, мало влијание и перформанси.

Безбедноста е критична за многу апликации, од отварачи на гаражни врати до IoT уреди. Со неслободни радија, тоа се однесува на повеќе начини. За да започнете, сопственичките дизајни обезбедуваат "безбедност-преку-опскурност", со тоа што RF-интерфејс што не е добро познат е потешко да се пробие. Исто така постои тенденција за сопственички интерфејси да бидат точка-до-точка, или да работат во затворени системи кои не се поврзуваат со пошироки мрежи, и затоа останете скриени. Конечно, дизајнерите на сопственички интерфејси можат слободно да развиваат свои напредни алгоритми за шифрирање или да ги усогласат утврдените, без да мора да бидат интероперабилни со алгоритми за безбедност од други производители. Само да се биде различен е само по себе безбедносна предност.

Неслободни радио дизајни може да бидат поволни кога станува збор за обезбедување на робусна врска во лицето на интерференција од Wi-Fi мрежи, микробранови печки, безжични телефони и други безжични мрежи. Без да бидат врзани за стандард, дизајнерите имаат флексибилност за подобро искористување на спектарот користејќи техники како што се DSSS и фреквентен подрипнат проширен спектар (FHSS). Покрај тоа, тие можат да усвојат сопствена претпочитана шема за кодирање врз основа на нивниот очекуван линк буџет за да се добие поголем проток или помала потрошувачка на енергија.

Оваа флексибилност исто така важи и за структурата на пакети на податоци. Без надградбата на пакетот потребна за да се обезбеди интероперабилност со безжичните уреди базирани на стандарди, структурата на пакети може да биде рационализирана според потребите на апликацијата.

Од гледна точка на хардверски дизајн, добро разбраните барања за изведба и уверување дека тие барања нема да се променат во подоцнежна фаза, им овозможува на дизајнерите на заштитен RF интерфејс да бидат оптимизирани за простор, моќ и перформанси. Тие можат да го направат тоа повторно, вклучувајќи ги само оние функции кои се потребни за задоволување на потребите на апликацијата.

Додека комерцијалниот РФ има многу предности, постојат неколку фактори кои мора да се земат предвид. Првиот е трошок: за да се оправда трошокот за не-повторувачки инженеринг (NRE) за сопствени RF IC дизајн и придружен софтвер, особено за уреди со ниски трошоци, очекуваниот волумен треба да биде> 100,000.

Цврсто заедно со трошоците е времето за дизајнирање, особено со оглед на специфичностите на дизајнот на RF и добро документираниот недостаток на RF експертиза, како и времето потребно за развивање на фирмверот и софтверот потребни за успешен дизајн.

Bluetooth широко прифатен, секогаш адаптирање
Од друга крајност е Bluetooth. Првично дизајниран како јасна технологија за замена на кабел од точка до точка за HIDs и други уреди кои ги зафаќаат корисниците, наскоро стана безжичен аудио и решение за поврзување уред-во-уред. Благодарение на тесната контрола од Bluetooth специјалната група за интереси (Bluetooth SIG), Bluetooth е добро разбрана и дизајнерите можат да бидат сигурни дека нивните уреди ќе се поврзат и ќе бидат интероперабилни со други Bluetooth-уреди, без оглед на хардверот.

Широкото усвојување и интероперабилните уреди резултираа со плоден хардвер и софтвер, со што се намалија трошоците и брзото време на пазарот за дизајн кој бара безжичен интерфејс. Покрај тоа, Bluetooth еволуираше со текот на годините.

Секогаш функционирала во индустрискиот, научниот и медицинскиот (ISM) опсег на 2.4 GHz, почнувајќи од GFSK модулација на своите седумдесет и девет 1 MHz носители, давајќи пропусната моќ на 1 Mbit / s. Ова се нарекува "Bluetooth Basic Rate" (BR). Неговата адаптивна шема за шифрирање на FHSS овозможува да продолжи да остане стабилна во лицето на интерферира, дури и кога IoT доведува до повеќе безжично поврзани уреди. За да стигнат до повисоки стапки на податоци, Bluetooth 2.0 + Enhanced Rate Rate (EDR) користи π / 4-DQPSK (диференцијална квадратурарна фазна смена) и 8DPSK модулација, за да стигнат до стапки на 2 и 3 Mbits / s, соодветно.

Додека Bluetooth е строго контролиран од страна на SIG, дизајнерите треба внимателно да ги проучуваат промените што се случија со воведувањето на Bluetooth 4.0 Core Specification во 2010. Ова воведе Bluetooth ниска енергија (BLE), порано продадено како Bluetooth Smart. BLE не е наназад компатибилен со Bluetooth Classic, така дизајнерите треба да бидат внимателни тука.

Примарната цел на BLE е ниска моќност. Тоа го постигнува со поместување од пристапот на Bluetooth Classic Classic, каде што уредите се секогаш поврзани, на неповрзан пристап, каде што тие се поврзуваат само кога е потребно за кратки интервали. Апликациите се носатки како паметни часовници и сензори за IoT.

Најновата верзија, Bluetooth 5, ја удвојува брзината на податоци за BLE до 2 Mbits / s од 1 Mbit / s и го зголемува опсегот на 128 kbit / s конекција од 4x до 50 m со користење на посилна корекција на грешки во напред (FEC) . Повисоката стапка на податоци овозможува да се пренесат повеќе пакети за одреден временски интервал, така што потрошувачката на енергија се намалува, бидејќи уредот може да остане во режим на мала или ниска потрошувачка за подолг временски период.

Подолгиот опсег им дава поголема флексибилност на дизајнерите за размена на податоци за растојание за било кој уред со Bluetooth, вклучувајќи ги и Beacons. Светилници се BLE уреди управувани од батерии кои го емитуваат својот идентификатор на блиските мобилни уреди, така што тие уреди можат да вршат одредени активности кога се блиску до светилката. Популарно со рекламни, тие исто така овозможуваат прецизно следење во затворено и отворено.

Меѓутоа, СИГ спроведува уште еден интересен нагон кој дизајнерите на дизајнот на RF дизајнери можат исто така да го направат: го намалија односот над глава до носивост, барајќи помалку пренос да испраќаат одредено количество "вистински" податоци за понатамошно намалување на потрошувачката на енергија.

Она што започна како едноставна технологија за замена на кабли, се претвори во нешто многу покорисно. Како резултат на тоа, дизајнерите сега се повеќе способни да бараат брзо и лесно Bluetooth решение, наместо да одат преку трошоците и трошоците за дизајнирање на сопствениот RF интерфејс.


Станувате и работите на Bluetooth
Оваа склоност да се одлучи за Bluetooth интерфејс се претвора во неопходност како што е ограничен на прозорците низ времето и проектираните буџети се намалуваат. За среќа, за многу дизајни има доволно простор за сместување на Bluetooth-модул, кој ќе им овозможи на дизајнерскиот тим да се фокусира на нивната крајна примена и диференцијација.


Неслободна наспроти Bluetooth слатка точка
Помеѓу комплетен сопствен радио дизајн и стандарден Bluetooth, постои и друга опција: радио-трансивер кој е надвор од полицата околу кој дизајнерите можат да развијат сопствени протоколи и шеми за кодирање или да усвојат различни верзии како што се Ant, Thread, или ZigBee. Со падот на цената на достапниот силикон и широк опсег на софтверска поддршка, ова може да биде "слатка точка" за дизајнерите кои бараат диференцијација, некоја широчина за оптимизација и опција за подобрување на безбедноста, додека истовремено ги намалуваат трошоците на минимум и дизајнот распоред непроменети.


Заклучок
Постојат многу причини да се избере или целосна комерцијална RF дизајн пат или стандардно Bluetooth радио. Секој има свое место кога станува збор за исполнување на барањата за дизајн и апликација во однос на трошоците, времето, перформансите, големината, безбедноста и многу други фактори. Сепак, за дизајнерите кои сакаат многу од трошоците и заштеда на време од полнење на силикон, како и флексибилноста да додадат одредено ниво на комерцијална диференцијација, продавачите сега исто така нудат цврсти хардверски платформи за да се надградат.

Остави порака 

Список со пораки