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无线设计怎样才能跟上智能硬件的步伐

2015-05-30 17:51:20来源:电子发烧友

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 物联网浪潮下,从智能手环、智能手表到智慧医疗、智能家居,从小而精到大而全,一系列的智能硬件创业公司如雨后春笋般纷纷冒出来,各知名厂商也都争相布局“斗研”。而如何将各种智能设备进行更好的互联通信是物联网应用的关键。目前智能硬件设备互联通信主要以无线连接为主,其中以基于802.11协议的Wi-Fi最为普遍,此外还有蓝牙、NFC(RFID)、Zigbee、Z-wave、UWB、IrDA等也在不同的场景中有应用。尽管无线连接技术标准不一,但各厂商无论对于无线连接方面的硬件设计还是软件设计,都丝毫没有放松的迹象。

无线设计怎样才能跟上智能硬件的步伐

如何应对无线连接技术标准不一

面对无线连接技术标准不一,各厂商在积极寻求更好的通信协议的同时,也正不断拓展着自身的无线产品阵营。在混合信号领域深耕多年的知名半导体厂商Silicon Labs,针对连接设备应用提供了多种无线连接解决方案,包含支持802.15.4 ZigBee、Thread网络协议、以及sub-GHz频段内的多种新兴和私有协议(例如无线M-Bus和Wi-SUN)在内的各式产品。此外,Silicon Labs最近通过对蓝牙和Wi-Fi模块解决方案领导厂商Bluegiga的收购,无线产品系列又新增了支持蓝牙(Bluetooth Smart和Bluetooth Classic)和Wi-Fi协议的产品。

据Silicon Labs公司的副总裁兼微控制器和无线产品总经理Daniel Cooley介绍,ZigBee技术能够提供稳健的网状网络,允许广泛连接家庭中的各类设备,并且提供防故障运行的功能,因此Silicon Labs推出了两款ZigBee无线芯片——Ember ZigBee无线SoC和EmberZNet PRO ZigBee,主要应用在家居自动化和家庭安全系统领域。

sub-GHz频段的协议通常用于智能计量和其他需要更长距离、更高性能和超低功耗的应用。Silicon Labs的EZRadio和EZRadioPRO无线IC(收发器、发射器和接收器)和sub-GHz无线MCU为这些类型的应用提供理想的解决方案。

对于直接进行IPv6连接的网状网络应用来说,Thread协议是一个理想的选择,这也是近些年来业界投入莫大精力研发出的一种新兴协议。作为Thread规范的主要贡献者,Silicon Labs计划将在2015年使具有Thread授权的产品进入市场。Thread的一个关键优势是Silicon Labs现有的802.15.4 SoC均支持该协议,对于开发人员来说,当前使用的Silicon Labs 802.15.4 ZigBee SoC将来也可以无缝升级到Thread软件。

如何低功耗和小尺寸两手抓

除了专注于智能硬件无线IC的连接性能,Silicon Labs同样十分注重芯片的小尺寸设计和长电池寿命特点。Daniel Cooley指出,消费者会发现每天或每两天必须摘下他们的智能手表或追踪器来进行充电是非常麻烦的,他们更喜欢“戴上便不知不觉”的可穿戴产品,可以佩戴在手腕上,也可以穿在身上数周甚至数月而无需担心电池替换或充电。

面向消费者对于小尺寸外形和长电池寿命的需求,Daniel Cooley表示:“Silicon Labs超低功耗的无线SoC为可穿戴设计提供了理想的解决方案。像我们新的Blue Gecko Bluetooth Smart SoC这样的无线SoC产品在单芯片中结合了节能的ARM MCU内核和超低功耗无线收发器,可将能耗降到最低并减少器件数量及设计复杂度。”

作为首个专为IoT应用而优化的无线SoC系列产品,Blue Gecko SoC结合了Silicon Labs的节能型EFM32® Gecko MCU技术和超低功耗Bluetooth Smart收发器。Daniel Cooley指出此种支持多协议的单芯片SoC能够消除IoT系统中对于多个收发器和无线MCU的需要,从而减少物料清单(BOM)成本和设计复杂度。例如通过支持多协议的SoC,开发人员仅需添加电源管理、一个电池和天线以及软件协议栈,便能够迅速构建可连接设备应用。Blue Gecko SoC此项Bluetooth Smart连接解决方案,非常适用于消费类电子、音频、汽车信息娱乐、家居互联、健康和健身(可穿戴产品)等市场领域的各类应用。

多模、多频无线SoC将受追捧

Daniel Cooley认为,未来的物联网市场将根据802.15.4网状网络技术(ZigBee和Thread)、Wi-Fi和Bluetooth Smart各自的技术特点及应用领域做出整合。针对拥有大量互操作节点并需要低功耗、控制和自动化的应用,比如家居互联,ZigBee和Thread满足这类应用的需求。Wi-Fi是高数据速率应用的最佳选择,例如家庭中的音频和视频流。而Bluetooth非常适合能够佩戴在身体上或在身体周边的个域网设备(例如可穿戴健康和健身产品),以及智能手机或平板电脑。

不同无线连接技术各有千秋,而物联网系统构成离不开智能硬件间的互联通信。Daniel Cooley表示,“我们预计在不久的将来多模、多频无线SoC设备将有巨大的需求。尽管多模无线SoC开发困难,但是它们将给消费者和开发人员带来系统级和物料管理上的益处。例如,一个可连接设备能够通过智能手机使用Bluetooth进行配置,然后成为使用ZigBee或Thread协议的家庭自动化网络中的一部分。最终,多模无线SoC将极大的简化开发可连接设备的设计任务。” 因此,多模无线SoC将来是必受追捧的。开发人员能够获得很多益处,包括设计简化、更小的外形尺寸、降低BOM成本和缩短上市时间,同时消费者能够受益于由无缝的多协议无线通信而带来的更好的使用性和更丰富的特性。

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