Porównanie własnoręcznego RF i Bluetooth

Projektanci mają wiele możliwości, jeśli chodzi o łączność bezprzewodową w aplikacjach, od urządzeń interfejsu użytkownika (HID) po zdalne czujniki do Internetu przedmiotów (IoT). Jedną z bardziej fundamentalnych decyzji, którą należy podjąć i którą wielu projektantów wciąż zmaga się, jest to, czy wybrać standardowy interfejs RF, taki jak Wi-Fi, Bluetooth lub ZigBee, czy zastrzeżoną fizyczną warstwę RF (PHY ) projekt i protokół.

Powodów wyboru jednej z drugiej jest wiele, ale także względne kompromisy pod względem kosztów, bezpieczeństwa, zużycia energii, interoperacyjności, czasu projektowania, odporności w obliczu wymagań dotyczących zakłóceń, współistnienia, opóźnień i certyfikacji. Wiele z tych kompromisów jest ze sobą powiązanych, więc projektanci muszą najpierw określić wymagania projektowe, a następnie odpowiednio je zoptymalizować.

W tym artykule omówiono czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze między standardowym interfejsem Bluetooth a zastrzeżonym protokołem RF. Następnie wprowadzi moduł Bluetooth 5, a następnie silikonowe rozwiązanie, na którym można wdrożyć zastrzeżony protokół, z odpowiednimi wytycznymi dla każdego, jak szybko rozpocząć pracę.


Zastrzeżone zalety i wady RF
Argument za zastrzeżonym PHY i protokołem jest mocny, jeśli projekt wymaga optymalizacji w kierunku bezpieczeństwa, niskiej mocy, niewielkiej powierzchni i wydajności.

Bezpieczeństwo ma kluczowe znaczenie w wielu aplikacjach, od urządzeń do otwierania drzwi garażowych po urządzenia IoT. W przypadku zastrzeżonych radiotelefonów jest on adresowany na wiele sposobów. Na początek zastrzeżone konstrukcje zapewniają „bezpieczeństwo przez zaciemnienie”, ponieważ trudniej jest włamać się do nieznanego interfejsu RF. Istnieje również tendencja do tego, aby zastrzeżone interfejsy były punkt-punkt lub działały w zamkniętych systemach, które nie łączą się z szerszymi sieciami, a więc pozostają ukryte. Wreszcie projektanci zastrzeżonych interfejsów mogą swobodnie opracowywać własne zaawansowane algorytmy szyfrowania lub modyfikować ustalone, bez konieczności współdziałania z algorytmami bezpieczeństwa innych producentów. Sam fakt bycia innym jest sam w sobie zaletą bezpieczeństwa.

Własne konstrukcje radiowe mogą być korzystne, jeśli chodzi o zapewnienie solidnego połączenia w obliczu zakłóceń z sieci Wi-Fi, kuchenek mikrofalowych, telefonów bezprzewodowych i innych sieci bezprzewodowych małej mocy. Bez przywiązania do normy projektanci mają swobodę lepszego wykorzystania widma przy użyciu technik takich jak rozproszone widmo o bezpośredniej sekwencji (DSSS) i rozproszone widmo z przeskokiem częstotliwości (FHSS). Ponadto mogą zastosować własny preferowany schemat kodowania w oparciu o oczekiwany budżet łącza, aby uzyskać wyższą przepustowość lub niższe zużycie energii.

Ta elastyczność dotyczy także struktury pakietów danych. Bez narzutu pakietu wymaganego do zapewnienia interoperacyjności z urządzeniami bezprzewodowymi opartymi na standardach, strukturę pakietu można usprawnić zgodnie z potrzebami aplikacji.

Z punktu widzenia projektowania sprzętu dobrze zrozumiane wymagania dotyczące wydajności oraz pewność, że wymagania te nie zmienią się na późniejszym etapie, pozwalają projektantom zastrzeżonego interfejsu RF zoptymalizować pod kątem przestrzeni, mocy i wydajności. Mogą to zrobić, włączając ponownie tylko te funkcje, które są niezbędne do zaspokojenia potrzeb aplikacji.

Podczas gdy zastrzeżone RF ma wiele zalet, należy wziąć pod uwagę szereg czynników. Pierwszym z nich jest koszt: aby uzasadnić jednorazowy koszt inżynierii (NRE) niestandardowego projektu układu scalonego RF i związanego z nim oprogramowania, szczególnie w przypadku tanich urządzeń, oczekiwana objętość powinna wynosić> 100,000.

Czas projektowania ściśle wiąże się z kosztami, zwłaszcza biorąc pod uwagę kaprysy projektowania RF i dobrze udokumentowany brak wiedzy specjalistycznej w zakresie fal radiowych, a także czas potrzebny na opracowanie oprogramowania układowego i oprogramowania wymaganego do pomyślnego zaprojektowania.

Bluetooth powszechnie przyjęty, zawsze dostosowujący się
Z drugiej strony jest Bluetooth. Pierwotnie zaprojektowany jako prosta technologia wymiany kabli punkt-punkt dla HID i innych urządzeń, które uwikłały użytkowników, wkrótce stał się bezprzewodowym rozwiązaniem łączności audio i urządzenia. Korzystając ze ścisłej kontroli przez Bluetooth Special Interest Group (SIG), Bluetooth jest dobrze rozumiany, a projektanci mogą mieć pewność, że ich urządzenia będą się łączyć i będą współpracować z innymi urządzeniami obsługującymi Bluetooth, niezależnie od źródła sprzętowego.

Szerokie zastosowanie i interoperacyjne urządzenia zaowocowały licznym sprzętem i oprogramowaniem, przynosząc niższe koszty i szybki czas wprowadzenia na rynek projektu wymagającego interfejsu bezprzewodowego. Ponadto Bluetooth ewoluował przez lata.

Zawsze działał w paśmie przemysłowym, naukowym i medycznym (ISM) 2.4 GHz, poczynając od modulacji GFSK swoich siedemdziesięciu dziewięciu nośnych 1 MHz, zapewniając przepustowość 1 Mbit / s. Nazywa się to Bluetooth Basic Rate (BR). Adaptacyjny schemat kodowania FHSS pozwala mu pozostać niezawodny w obliczu przeszkadzających, nawet gdy Internet Rzeczy wprowadza więcej urządzeń podłączonych bezprzewodowo. Aby uzyskać wyższe prędkości transmisji danych, Bluetooth 2.0 + Enhanced Data Rate (EDR) wykorzystuje π / 4-DQPSK (różnicowe kluczowanie kwadraturowego przesunięcia fazowego) i modulację 8DPSK, aby uzyskać prędkości odpowiednio 2 i 3 Mbits / s.

Podczas gdy Bluetooth jest ściśle kontrolowany przez SIG, projektanci muszą uważnie przestudiować zmiany, które nastąpiły wraz z wprowadzeniem specyfikacji 4.0 Core Bluetooth w 2010. To wprowadziło Bluetooth Low Energy (BLE), wcześniej sprzedawany jako Bluetooth Smart. BLE nie jest wstecznie kompatybilny z Bluetooth Classic, więc projektanci muszą zachować ostrożność.

Podstawowym celem BLE jest niska moc. Dokonuje się tego, przechodząc od zorientowanego na połączenie podejścia Bluetooth Classic, w którym urządzenia są zawsze połączone, na podejście niepołączone, w którym łączą się tylko wtedy, gdy jest to konieczne przez krótki czas. Aplikacje to urządzenia do noszenia, takie jak inteligentne zegarki i czujniki IoT.

Najnowsza wersja, Bluetooth 5, podwaja szybkość przesyłania danych BLE do 2 Mbits / s od 1 Mbit / s i zwiększa zasięg połączenia 128 kbit / s przez 4x do 50 m poprzez zastosowanie silniejszej korekcji błędów przesyłania dalej (FEC) . Wyższa szybkość transmisji danych pozwala na przesłanie większej liczby pakietów dla danego przedziału czasowego, co zmniejsza zużycie energii, ponieważ urządzenie może pozostawać w trybie niskiego poboru mocy lub w stanie bezczynności przez dłuższy czas.

Dłuższy zasięg daje projektantom większą elastyczność w zakresie kompromisu w zakresie prędkości transmisji danych na odległość dla dowolnego urządzenia Bluetooth, w tym sygnałów nawigacyjnych. Sygnały nawigacyjne są zasilanymi bateryjnie urządzeniami BLE, które nadają swój identyfikator pobliskim urządzeniom mobilnym, dzięki czemu mogą one wykonywać określone działania, gdy znajdują się w pobliżu latarni. Popularne wśród reklamodawców, umożliwiają także precyzyjne śledzenie wewnątrz i na zewnątrz.

Jednak SIG wdrożył kolejną interesującą poprawkę, którą mogą zrobić również prawni projektanci interfejsów RF: obniżyli stosunek kosztów ogólnych do ładunku, wymagając mniejszej liczby transmisji do wysłania określonej liczby „rzeczywistych” danych, aby dodatkowo zmniejszyć zużycie energii.

To, co zaczęło się jako prosta technologia wymiany kabli, przekształciło się w coś znacznie bardziej użytecznego. W rezultacie projektanci są teraz bardziej skłonni do szukania szybkiego i łatwego rozwiązania Bluetooth, niż ponieść koszty i wydatki związane z zaprojektowaniem własnego interfejsu RF.


Uruchamianie i uruchamianie przez Bluetooth
Ta skłonność do wyboru interfejsu Bluetooth staje się koniecznością, ponieważ czas wprowadzenia okien na rynek jest wąski, a budżety projektowe kurczą się. Na szczęście w przypadku wielu projektów jest wystarczająco dużo miejsca, aby pomieścić gotowy moduł Bluetooth, co pozwoli zespołowi projektowemu skoncentrować się na końcowym zastosowaniu i różnicowaniu.


Zastrzeżony kontra Bluetooth
Pomiędzy pełnym niestandardowym zastrzeżonym projektem radia a standardowym Bluetooth istnieje jeszcze jedna opcja: gotowy do użycia nadajnik-odbiornik radiowy, wokół którego projektanci mogą opracować własny protokół i schematy kodowania lub przyjąć gotowe wersje, takie jak Ant, Thread, lub ZigBee. Przy spadającym koszcie dostępnego krzemu i szerokiej gamie wsparcia dla oprogramowania może to być „najsłodsze miejsce” dla projektantów poszukujących zróżnicowania, pewnej swobody w zakresie optymalizacji i możliwości zwiększenia bezpieczeństwa, a jednocześnie utrzymania kosztów na minimalnym poziomie i projektowania harmonogramy nietknięte.


Wnioski
Istnieje wiele powodów, aby wybrać albo pełną trasę projektową RF, albo standardowe radio Bluetooth. Każdy ma swoje miejsce, jeśli chodzi o spełnienie wymagań projektowych i aplikacyjnych pod względem kosztów, czasu, wydajności, wielkości, bezpieczeństwa i wielu innych czynników. Jednak dla projektantów, którzy chcą wielu korzyści związanych z oszczędzaniem kosztów i czasu gotowych krzemów, a także elastyczności w dodawaniu pewnego poziomu zastrzeżonego różnicowania, dostawcy zapewniają teraz solidne platformy sprzętowe, na których można budować.

Zostaw wiadomość 

Lista komunikatów