Comparació de RF i Bluetooth propietaris

Els dissenyadors tenen moltes opcions quan es tracta de connectivitat sense fils en aplicacions que van des dels dispositius d'interfície humana (HID) fins als sensors remots per Internet de les coses (IoT). Una de les decisions més fonamentals que cal fer, i la que molts dissenyadors segueixen lluitant, és si s'ha d'anar amb una interfície de RF basada en estàndards com Wi-Fi, Bluetooth o ZigBee o una capa física de RF pròpia (PHY ) disseny i protocol.

Els motius per triar un sobre l'altre són molts, però també ho són les compensacions relatives en termes de cost, seguretat, consum d'energia, interoperabilitat, temps de disseny, robustesa davant d'interferències, convivència, latència i requisits de certificació. Moltes d'aquestes compensacions estan interrelacionades, de manera que els dissenyadors primer han de determinar els requisits de disseny, i optimitzar-los en conseqüència.

En aquest article es tractaran els factors que cal tenir en compte a l'hora d'escollir entre una interfície estàndard de Bluetooth i un protocol de RF propietari. A continuació, introduirà un mòdul Bluetooth 5, seguit d'una solució de silici sobre la qual es pot implementar un protocol propietari, amb les directrius adequades per a cadascun sobre com es posa en marxa ràpidament.


Pros i contres propis de RF
El cas del protocol PHY i propietari és fort si un disseny requereix optimització en la direcció de la seguretat, baixa potència, petita empremta i rendiment.

La seguretat és fonamental per a moltes aplicacions, des d'obertors de portes de garatge a dispositius IoT. Amb ràdios privades, s'adreça de diverses maneres. Per començar, els dissenys propietaris garanteixen "seguretat a través de la foscor", ja que una interfície de RF que no és coneguda és més difícil de piratejar. També hi ha la tendència a que les interfícies propietàries siguin punt a punt, o que funcionin en sistemes tancats que no es connectin a xarxes més àmplies, per la qual cosa romanen ocults. Finalment, els dissenyadors d'interfícies propietàries són lliures per a desenvolupar els seus propis algoritmes de xifratge avançats o ajustar els establerts, sense haver de ser interoperables amb algorismes de seguretat d'altres fabricants. Ser diferent és, per si mateix, un avantatge de seguretat.

Els dissenys propis de la ràdio poden ser avantatjosos a l'hora d'assegurar una connexió sòlida davant les interferències de xarxes Wi-Fi, forns microones, telèfons sense fil i altres xarxes sense fil de baixa potència. Sense estar lligats a un estàndard, els dissenyadors tenen la flexibilitat per fer un millor ús de l'espectre utilitzant tècniques com l'espectre de propagació de seqüència directa (DSSS) i l'espectre de propagació de freqüències (FHSS). A més, poden adoptar el seu propi esquema de codificació preferit en funció del pressupost d'enllaç previst per obtenir un major rendiment o menor consum d'energia.

Aquesta flexibilitat també s'aplica a l'estructura de paquets de dades. Sense la sobrecàrrega de paquets requerida per garantir la interoperabilitat amb dispositius sense fils basats en estàndards, l'estructura del paquet es pot racionalitzar d'acord amb les necessitats de l'aplicació.

Des del punt de vista del disseny de maquinari, els requisits de rendiment ben entesos i la garantia que aquests requisits no canviaran en una fase posterior, permeten optimitzar els dissenyadors d'una interfície de RF propietària per a l'espai, la potència i el rendiment. Poden fer-ho de nou incloent només aquelles funcions requerides per satisfer les necessitats de l'aplicació.

Tot i que la propietat RF té molts avantatges, hi ha diversos factors que cal tenir en compte. El primer és el cost: justificar el cost d'enginyeria no recurrent (NRE) d'un disseny de RF RF personalitzat i programari associat, especialment per a dispositius de baix cost, el volum esperat ha de ser> 100,000.

El cost és el temps de disseny, sobretot tenint en compte els desastres del disseny de RF i la escassetat ben documentada d'experiència en RF, així com el temps necessari per desenvolupar el firmware i el programari necessaris per a un disseny exitós.

Bluetooth àmpliament adoptat, sempre adaptant-se
A l'altre extrem hi ha Bluetooth. Originalment dissenyat com una tecnologia de reemplaçament de cables punt a punt senzilla per a HIDs i altres dispositius que enredaven els usuaris, aviat es va convertir en una solució de connectivitat d'àudio sense fils i de dispositiu a dispositiu. Beneficiat del control estricte del grup d'interès especial Bluetooth (SIG), Bluetooth és ben entès i els dissenyadors poden estar segurs que els seus dispositius es connectaran i seran interoperables amb altres dispositius amb Bluetooth, independentment de l'origen del maquinari.

Una àmplia adopció i dispositius interoperables han donat lloc a un maquinari i programari prolíficos, amb un menor cost i un ràpid temps de comercialització per a un disseny que requereixi una interfície sense fils. A més, Bluetooth ha evolucionat al llarg dels anys.

Sempre ha funcionat a la banda industrial, científica i mèdica (ISM) de 2.4 GHz, començant per la modulació GFSK dels seus setanta-nou operadors 1 MHz, que donen un rendiment de 1 Mbit / s. Això es diu Bluetooth Basic Rate (BR). El seu esquema adaptatiu de codificació FHSS li permet seguir sent robust davant els interferents, tot i que l'IoT produeix dispositius connectats de forma més senzilla. Per obtenir taxes de dades més altes, Bluetooth 2.0 + Enhanced Data Rate (EDR) utilitza π / 4-DQPSK (clau diferencial de desplaçament de fase quadrada) i la modulació 8DPSK, per arribar a les taxes de 2 i 3 Mbits / s, respectivament.

Tot i que Bluetooth està controlat per la SIG, els dissenyadors necessiten estudiar de prop els canvis que van sorgir amb la introducció de l'especificació bàsica Bluetooth 4.0 a 2010. Això va introduir la baixa energia de Bluetooth (BLE), anteriorment comercialitzada com Bluetooth Smart. BLE no és compatible amb Bluetooth Classic, així que els dissenyadors han de tenir cura aquí.

L'objectiu principal de BLE és de baixa potència. Això s'aconsegueix passant de l'enfocament orientat a la connexió de Bluetooth Classic on els dispositius sempre estan connectats, a un enfocament no connectat on només es connecten quan ho necessiten per intervals curts. Les aplicacions són accessibles com rellotges intel·ligents i sensors per a l'IoT.

La darrera versió, Bluetooth 5, duplica la velocitat de dades BLE a 2 Mbits / s de 1 Mbit / s i augmenta el rang d'una connexió 128 kbit / s per 4x fins a 50 m mitjançant una correcció d'error més avançada (FEC) . La velocitat de dades més alta permet que es transmetin més paquets per un espai de temps determinat, de manera que es redueixi el consum d'energia a mesura que el dispositiu es mantingui en mode de baixa potència o inactiu durant períodes prolongats.

El rang més llarg ofereix als dissenyadors més flexibilitat per canviar la velocitat de dades de distància per a qualsevol dispositiu Bluetooth, incloent Beacons. Els balises són dispositius BLE impulsats per la bateria que transmeten el seu identificador als dispositius mòbils propers, de manera que aquests dispositius poden realitzar determinades accions quan estan a prop del far. Popular entre els anunciants, també permeten un seguiment precís a l'interior i exterior.

No obstant això, el SIG va implementar un altre ajustament interessant que els dissenyadors d'interfícies RF propietaris també poden fer: van reduir la ràtio de càrrega a càrrec, que requereixen menys transmissions per enviar una determinada quantitat de dades "reals", per reduir encara més el consum d'energia.

El que va començar com una simple tecnologia de reemplaçament de cable s'ha convertit en alguna cosa molt més útil. Com a resultat, els dissenyadors ara són més aptes per buscar una solució Bluetooth ràpida i senzilla en lloc de passar pel cost i la despesa de dissenyar la seva pròpia interfície de RF.


S'està instal·lant i funcionant a Bluetooth
Aquesta inclinació per optar per una interfície Bluetooth es converteix en una necessitat, ja que les finestres de mercat es redueixen i els pressupostos de disseny es redueixen. Afortunadament, per a molts dissenys, hi ha prou espai per adaptar-lo a un mòdul Bluetooth, que permetrà a l'equip de disseny centrar-se en la seva aplicació final i la seva diferenciació.


Propietari contra el lloc dolç de Bluetooth
Entre un disseny complet de ràdio i un Bluetooth estàndard, hi ha una altra opció: un transceptor de ràdio fora de plataforma on els dissenyadors poden desenvolupar els seus propis protocols i esquemes de codificació, o bé adoptar versions fora de línia com Ant, Thread, o ZigBee. Amb el baix cost del silici disponible i una àmplia gamma de suport per al programari, aquest pot ser el "lloc dolça" per als dissenyadors que busquen la diferenciació, una certa latitud per a l'optimització i l'opció de millorar la seguretat, tot mantenint els costos mínims i el disseny horaris intactes.


Conclusió
Hi ha moltes raons per triar una ruta de disseny de propietat patentada completa o una ràdio Bluetooth estàndard. Cadascun d'ells té el seu lloc a l'hora de complir els requisits de disseny i aplicació en termes de cost, temps, rendiment, mida, seguretat i molts altres factors. Tanmateix, per als dissenyadors que desitgen molts dels costos i avantatges d'estalvi de temps del silici fora de la plataforma, a més de la flexibilitat per afegir un cert nivell de diferenciació propietària, els venedors també proporcionen plataformes de maquinari sòlides.

Deixa un missatge 

Llista de missatges