Primerjava lastnih RF in Bluetooth

Oblikovalci imajo veliko izbire, ko gre za brezžično povezljivost v aplikacijah, ki segajo od človeških vmesnikov (HID) do oddaljenih senzorjev za internet stvari (IoT). Ena od bolj temeljnih odločitev, ki jih je treba sprejeti, in tista, s katero se mnogi oblikovalci še vedno borijo, je, ali je treba iti z RF-vmesnikom, ki temelji na standardih, kot so Wi-Fi, Bluetooth ali ZigBee ali lastniški RF-fizični sloj (PHY ) oblikovanje in protokol.

Razlogi za izbiro enega nad drugo so številni, vendar so tudi relativni kompromisi glede stroškov, varnosti, porabe energije, interoperabilnosti, časa izdelave, robustnosti pred motnjami, sožitjem, zakasnitvijo in zahtevami za certificiranje. Mnogi od teh kompromisov so medsebojno povezani, zato morajo oblikovalci najprej določiti zahteve za načrtovanje, nato pa ustrezno prilagoditi.

Ta članek bo razpravljal o dejavnikih, ki jih je treba upoštevati pri izbiri med standardnim vmesnikom Bluetooth in lastniškim RF protokolom. Nato bo predstavil modul Bluetooth 5, ki ji bo sledila silikonska rešitev, na podlagi katere se lahko izvede lastniški protokol, z ustreznimi smernicami za vsakogar, kako hitro lahko začnete in delate.


Lastniški RF profili in slabosti
Primer lastniškega PHY-ja in protokola je močan, če načrt zahteva optimizacijo v smeri varnosti, nizke moči, majhnega odtisa in učinkovitosti.

Varnost je ključnega pomena za številne aplikacije, od odprtih vrat garažnih vrat do naprav IoT. Z lastniškimi radijskimi postajami je naslovljena na več načinov. Če želite začeti, lastniške zasnove zagotavljajo "varnost-skozi-obscurity", v tem RF vmesnik, ki ni dobro znano, je težje kramp. Obstaja tudi težnja k lastniškim vmesnikom, ki se od točke do točke, ali za delovanje v zaprtih sistemih, ki se ne povezujejo s širšimi omrežji, in zato ostati skriti. Končno, oblikovalci lastniških vmesnikov lahko razvijejo svoje lastne napredne algoritme za šifriranje ali tweak, ki jih ne moremo interoperirati z varnostnimi algoritmi drugih proizvajalcev. Samo biti drugačen je sama po sebi varnostna prednost.

Zaščitne radio-modele so lahko koristne, ko gre za zanesljivo povezavo v primeru motenj omrežij Wi-Fi, mikrovalovnih pečic, brezžičnih telefonov in drugih brezžičnih omrežij z nizko porabo energije. Ne da bi bili vezani na standard, oblikovalci imajo prožnost za boljšo uporabo spektra z uporabo tehnik, kot so razširjeni spekter direktnega zaporedja (DSSS) in frekvenčni spekter (FHSS). Poleg tega lahko sprejmejo svojo prednostno kodirno shemo, ki temelji na predvidenem proračunu za povezavo, da bi dobili večjo prepustnost ali manjšo porabo energije.

Ta prilagodljivost velja tudi za strukturo podatkovnih paketov. Brez paketa, ki je potrebna za zagotovitev interoperabilnosti z brezžičnimi napravami, ki temeljijo na standardih, je struktura paketa mogoče racionalizirati glede na potrebe aplikacije.

Z vidika načrtovanja strojne opreme, dobro razumljene zahteve glede zmogljivosti in zagotovilo, da se te zahteve ne bodo spremenile pozneje, omogoča oblikovalce lastniškega vmesnika RF optimizirati za prostor, moč in zmogljivost. To lahko storijo s ponovnim vključevanjem le tistih funkcij, ki so potrebne za izpolnjevanje zahtev aplikacije.

Medtem ko imetnik RF ima številne prednosti, je treba upoštevati številne dejavnike. Prvi je strošek: utemeljiti stroške, ki niso ponavljajoči se inženiring (NRE) za prilagojeno RF IC design in pripadajočo programsko opremo, zlasti za naprave z nizkimi stroški, pričakovani obseg mora biti> 100,000.

Tesno povezana s stroški je čas oblikovanja, še posebej zaradi podvigov RF zasnove in dobro dokumentirane pomanjkljivosti strokovnega znanja RF, kot tudi časa, potrebnega za razvoj firmware in programske opreme, potrebne za uspešno zasnovo.

Bluetooth široko sprejet, vedno prilagaja
Na drugi strani je Bluetooth. Prvotno je bila zasnovana kot preprosta tehnologija za zamenjavo kablov od točke do točke za HID-je in druge naprave, ki so zapletle z uporabniki, kmalu pa je postala brezžična rešitev za povezavo med napravami in napravami. Prednosti Bluetooth-a, ki jo ima poseben interesni skupini Bluetooth (SIG), je dobro razumljen in oblikovalci so lahko prepričani, da se bodo njihove naprave povezovale in bi bile interoperabilne z drugimi napravami, ki podpirajo Bluetooth, ne glede na vir strojne opreme.

Široko posvojitev in interoperabilne naprave so prinesle plodno strojno in programsko opremo, kar prinaša nižje stroške in hitrejše trženje za načrtovanje, ki zahteva brezžični vmesnik. Poleg tega se je Bluetooth razvil skozi leta.

Vedno je deloval v industrijskem, znanstvenem in medicinskem (ISM) pasu 2.4 GHz, začenši z GFSK modulacijo svojih sedemnajstih devetih nosilcev 1 MHz, s pretokom 1 Mbit / s. To se imenuje Bluetooth osnovna hitrost (BR). Njegova adaptivna shema za kodiranje FHSS omogoča, da ostane robustna pred mehurji, čeprav IoT prinaša več brezžično povezanih naprav. Da bi dosegli višje podatkovne stopnje, Bluetooth 2.0 + Enhanced Data Rate (EDR) uporablja π / 4-DQPSK (diferencialno kvadratno fazno premikanje) in modulacijo 8DPSK, da dosežejo hitrost 2 in 3 Mbits / s.

Medtem ko je Bluetooth močno nadzorovan s strani SIG, morajo načrtovalci natančno preučiti spremembe, ki so nastale z uvedbo osnovne specifikacije Bluetooth 4.0 Core v 2010. Ta je uvedla nizko energijo Bluetooth (BLE), ki je bila prej tržena kot Bluetooth Smart. BLE ni nazaj kompatibilen s tehnologijo Bluetooth Classic, zato morajo biti oblikovalci pozorni tukaj.

Primarni cilj BLE je nizka moč. To doseže s prehodom iz povezave Bluetooth Classic, ki je usmerjen v povezavo, kjer so naprave vedno povezane, do nepovezanega pristopa, kjer se povezujejo le, če potrebujejo za kratke intervale. Aplikacije so nosljive, kot so pametne ure in senzorji za IoT.

Najnovejša različica Bluetooth 5 podvoji hitrost prenosa podatkov BLE na 2 Mbits / s iz 1 Mbit / s in poveča obseg 128 kbit / s povezave s 4x do 50 m z uporabo močnejše popravek napak (FEC) . Večja hitrost prenosa omogoča, da se za določeno časovno režo prenese več paketov, zato se poraba energije zmanjša, ker lahko naprava dalj časa ostane v stanju nizke porabe ali mirovanja.

Daljši obseg daje oblikovalcem večjo prilagodljivost za hitrost izmenjave podatkov za razdaljo za katero koli napravo Bluetooth, vključno z žarnicami. Signali so naprave, ki jih poganjajo naprave BLE, ki oddajajo svoj identifikator v bližnje mobilne naprave, tako da te naprave lahko izvajajo določena dejanja, ko so blizu svetilnika. Priljubljeni pri oglaševalcih omogočajo tudi natančno sledenje v zaprtih prostorih in na prostem.

Vendar pa je SIG izvedel še en zanimiv poteg, ki ga lahko oblikujejo lastniki RF vmesnikov: zmanjšali so razmerje nad glavo in obremenitev ter zahtevali manj prenosa za pošiljanje določene količine "resničnih" podatkov, da bi dodatno zmanjšali porabo energije.

Kar se je začelo kot preprosta tehnologija zamenjave kablov, je postalo bolj uporabno. Zato so oblikovalci bolj primerni, da iščejo hitro in enostavno rešitev Bluetooth, namesto da bi šli skozi stroške in stroške oblikovanja lastnega vmesnika RF.


Priprava in delovanje v sistemu Bluetooth
Ta naklon, da se odločite za vmesnik Bluetooth, postaja nujna, saj se okna časov na trgu ozka in zmanjšajo načrtovani proračuni. Na srečo je pri mnogih modelih dovolj prostora za namestitev modula Bluetooth, ki bo omogočil, da se oblikovalska ekipa osredotoči na njihovo končno uporabo in diferenciacijo.


Proprietary v primerjavi s sliko Bluetooth
Med popolno lastniško zasnovo radijskega zaslona in standardnim Bluetoothom obstaja še ena možnost: radijski oddajnik radijske postaje, okoli katerega oblikovalci lahko razvijejo lastne protokolarne in kodirne sheme ali sprejmejo različice, kot so Ant, Thread, ali ZigBee. S padajočim stroškom razpoložljivega silicija in široko paleto podpore za programsko opremo je to lahko "sladka točka" za oblikovalce, ki iščejo diferenciacijo, nekaj širine za optimizacijo in možnost za izboljšanje varnosti, pri čemer so stroški minimalni in načrtovani razporedi nedotaknjeni.


zaključek
Obstaja veliko razlogov, da izberete bodisi polno lastniško RF design načrt ali standardni Bluetooth radio. Vsak ima svoje mesto, ko gre za izpolnjevanje zahtev glede načrtovanja in uporabe glede stroškov, časa, učinkovitosti, velikosti, varnosti in številnih drugih dejavnikov. Vendar pa se pri oblikovalcih, ki želijo veliko stroškov in prihrankov prednosti silicijevega silicijevega orožja, pa tudi prožnost za dodajanje določene stopnje lastniške diferenciacije, dobavitelji zdaj ponujajo tudi trdne platforme strojne opreme, na katere se lahko nadgrajujejo.

Pustite sporočilo 

Seznam sporočilo