Сравнение проприетарных RF и Bluetooth

У дизайнеров есть много вариантов, когда дело доходит до беспроводного подключения в приложениях, начиная от человеческих интерфейсных устройств (HID) и заканчивая удаленными датчиками для Интернета вещей (IoT). Одно из наиболее фундаментальных решений, которое необходимо предпринять, и то, что многие дизайнеры по-прежнему борются, заключается в том, следует ли идти со стандартным радиочастотным интерфейсом, таким как Wi-Fi, Bluetooth или ZigBee, или собственный физический уровень RF (PHY ) дизайн и протокол.

Причины выбора одного над другим - это много, но также относительные компромиссы с точки зрения затрат, безопасности, энергопотребления, интероперабельности, времени разработки, надежности в условиях помех, сосуществования, задержки и требований сертификации. Многие из этих компромиссов взаимосвязаны, поэтому разработчики должны сначала определить требования к дизайну, а затем оптимизировать соответственно.

В этой статье будут рассмотрены факторы, которые следует учитывать при выборе между стандартным интерфейсом Bluetooth и проприетарным радиочастотным протоколом. Затем он представит модуль Bluetooth 5, а затем силиконовое решение, на котором может быть реализован проприетарный протокол, с соответствующими инструкциями для каждого, как быстро вставать и работать.


Проприетарные плюсы и минусы РФ
Случай с собственными PHY и протоколом является сильным, если дизайн требует оптимизации в направлении безопасности, малой мощности, малой занимаемой площади и производительности.

Безопасность важна для многих приложений, от открывателей дверных гаражных ворот до устройств IoT. С проприетарными радиостанциями он решается несколькими способами. Чтобы начать, проприетарные проекты гарантируют «защиту от несанкционированного доступа», поскольку радиочастотный интерфейс, который не известен, сложнее взломать. Существует также тенденция к тому, что проприетарные интерфейсы могут быть двухточечными или работать в закрытых системах, которые не подключаются к более широким сетям и поэтому остаются скрытыми. Наконец, разработчики проприетарных интерфейсов могут свободно разрабатывать свои собственные усовершенствованные алгоритмы шифрования или настраивать установленные, без необходимости взаимодействия с алгоритмами безопасности других производителей. Просто быть другим - это само по себе преимущество безопасности.

Запатентованные радиопроекты могут быть полезными, когда речь идет о надежном соединении в условиях помех от сетей Wi-Fi, микроволновых печей, беспроводных телефонов и других маломощных беспроводных сетей. Без привязки к стандарту разработчики имеют гибкость, чтобы лучше использовать спектр, используя такие методы, как спектр с прямой последовательностью (DSSS) и спектр распространения скачкообразной перестройки частоты (FHSS). Кроме того, они могут принять свою собственную предпочтительную схему кодирования на основе ожидаемого бюджета ссылок, чтобы получить более высокую пропускную способность или снизить энергопотребление.

Эта гибкость также относится к структуре пакета данных. Без накладных расходов пакетов, необходимых для обеспечения совместимости со стандартными беспроводными устройствами, структура пакета может быть оптимизирована в соответствии с потребностями приложения.

С точки зрения аппаратного дизайна хорошо понятные требования к производительности и уверенность в том, что эти требования не будут меняться на более позднем этапе, позволяют оптимизировать проектировщики собственного RF-интерфейса для обеспечения пространства, мощности и производительности. Они могут сделать это снова, включая только те функции, которые необходимы для удовлетворения потребностей приложения.

Хотя патентованная RF имеет много преимуществ, есть ряд факторов, которые необходимо учитывать. Во-первых, это стоимость: для оправдания единовременной стоимости инженерных (NRE) дизайна пользовательского RF IC и соответствующего программного обеспечения, особенно для недорогих устройств, ожидаемый объем должен быть> 100,000.

Плотно сопряженная с затратами время разработки, особенно учитывая капризы разработки RF и хорошо документированный дефицит знаний в области радиочастот, а также время, затрачиваемое на разработку прошивки и программного обеспечения, необходимых для успешного проектирования.

Bluetooth широко применяется, всегда адаптируется
С другой стороны, это Bluetooth. Первоначально разработанный как простая технология замены кабеля между точками для HID и других устройств, которые запутывали пользователей, вскоре она стала беспроводным решением для подключения аудио и устройств к устройству. Благодаря строгому контролю со стороны Bluetooth Special Interest Group (SIG), Bluetooth хорошо понимают, и разработчики могут быть уверены, что их устройства будут подключаться и взаимодействовать с другими устройствами с поддержкой Bluetooth независимо от источника аппаратного обеспечения.

Широкое внедрение и совместимые устройства привели к созданию плотного оборудования и программного обеспечения, что привело к снижению затрат и времени на рынок для проектирования, требующего беспроводного интерфейса. Кроме того, Bluetooth развивается на протяжении многих лет.

Он всегда работал в промышленном, научном и медицинском (ISM) диапазоне 2.4 GHz, начиная с модуляции GFSK его семидесяти девяти несущих 1 МГц, обеспечивая пропускную способность 1 Мбит / с. Это называется базовой базой Bluetooth (BR). Его адаптивная схема кодирования FHSS позволяет ей оставаться устойчивой в условиях помех, даже когда IoT создает больше беспроводных устройств. Чтобы получить более высокие скорости передачи данных, в Bluetooth 2.0 + Enhanced Data Rate (EDR) используется π / 4-DQPSK (дифференциальная квадратурная фазовая манипуляция) и модуляция 8DPSK, чтобы получить скорость 2 и 3 Mbits / s соответственно.

В то время как Bluetooth строго контролируется SIG, разработчикам необходимо внимательно изучить изменения, которые произошли с внедрением спецификации Bluetooth 4.0 Core в 2010. Это привело к низкой мощности Bluetooth (BLE), ранее продаваемой как Bluetooth Smart. BLE не имеет обратной совместимости с Bluetooth Classic, поэтому дизайнеры должны быть осторожны.

Основная цель BLE - низкая мощность. Это достигается путем перехода от подхода, ориентированного на соединение Bluetooth Classic, когда устройства всегда подключены к несвязанному подходу, когда они соединяются только тогда, когда им нужно на короткие промежутки времени. Приложения являются носимыми, такими как интеллектуальные часы и датчики для IoT.

Последняя версия Bluetooth 5 удваивает скорость передачи данных BLE до 2 Mbits / s с 1 Mbit / s и увеличивает диапазон X XUMX кбит / с с помощью 128x до 4 m, используя более высокую коррекцию прямой коррекции ошибок (FEC) , Более высокая скорость передачи данных позволяет передавать больше пакетов в течение заданного временного интервала, поэтому потребление энергии снижается, так как устройство может оставаться в режиме малой мощности или в режиме ожидания в течение длительного времени.

Более длинный диапазон дает разработчикам большую гибкость для компрометации скорости передачи данных для расстояния для любого устройства Bluetooth, включая Beacons. Маяки - это устройства BLE с батарейным питанием, которые передают свой идентификатор соседним мобильным устройствам, чтобы эти устройства могли выполнять определенные действия, когда рядом с маяком. Популярный среди рекламодателей, они также обеспечивают точное отслеживание в помещении и на улице.

Тем не менее, SIG реализовал еще одну интересную настройку, которую могут выполнять проприетарные дизайнеры RF-интерфейсов: они снизили соотношение служебных и полезных нагрузок, требуя меньше передач для отправки определенного количества «реальных» данных, чтобы еще больше снизить потребление энергии.

То, что начиналось как простая технология замены кабелей, превратилось во что-то гораздо более полезное. В результате дизайнеры теперь более склонны искать быстрое и простое решение Bluetooth, а не тратить затраты и затраты на разработку своего собственного радиочастотного интерфейса.


Включение и запуск Bluetooth
Это стремление выбрать интерфейс Bluetooth превращается в необходимость, поскольку время выхода на рынок узких окон и бюджеты проектов сокращаются. К счастью, для многих проектов достаточно места для размещения готового модуля Bluetooth, что позволит проектной команде сосредоточиться на их конечном применении и дифференциации.


Собственное и Bluetooth-сладкое пятно
Между полным дизайном радиоприемника и стандартным Bluetooth существует еще один вариант: встроенный радиоприемопередатчик, вокруг которого дизайнеры могут разрабатывать собственные протоколы и схемы кодирования, или использовать готовые версии, такие как Ant, Thread, или ZigBee. С падением стоимости доступного кремния и широким спектром поддержки программного обеспечения это может быть «сладкое пятно» для дизайнеров, ищущих дифференциацию, некоторую широту для оптимизации и возможность повышения безопасности при сохранении минимальных затрат и дизайна расписания нетронутыми.


Заключение
Есть много причин выбрать либо полный проприетарный маршрут RF-проектирования, либо стандартное Bluetooth-радио. Каждый имеет свое место, когда дело доходит до удовлетворения требований дизайна и приложений с точки зрения стоимости, времени, производительности, размера, безопасности и многих других факторов. Тем не менее, для дизайнеров, которым нужны многие из недорогих и экономичных преимуществ готового кремния, а также гибкость для добавления некоторого уровня собственной дифференциации, теперь поставщики также предоставляют надежные аппаратные платформы.

Оставить сообщение 

Список сообщений