低功耗藍(lán)牙和專有射頻技術(shù)在HID的應(yīng)用 - 全文

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　　隨著各種無線技術(shù)的不斷增加，更復(fù)雜的集成了無線技術(shù)的人機(jī)接口設(shè)備(HID)來到市場上 (無線鍵盤，無線鼠標(biāo)，等等)。盡管無線標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)出了其優(yōu)勢，但他們也帶來了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和其應(yīng)用增加的不必要開銷，這導(dǎo)致系統(tǒng)成本提高了。另一方面，專有協(xié)議使開發(fā)者在定制應(yīng)用方面更靈活，開發(fā)步驟更簡潔。這篇文章就HID市場上的低功率藍(lán)牙技術(shù)和專有協(xié)議進(jìn)行了比較。

　　選擇PC HID射頻的關(guān)鍵是成本，功耗，可靠性(安全)，速度(吞吐量)，和易于設(shè)計(jì)。一般來說，市場上標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議比專有協(xié)議更具有競爭力，這是由于其設(shè)備之間的互通性。然而，直到2009年，在PC HID方面，只有專有協(xié)議占據(jù)了市場。這主要?dú)w因于沒有任何無線標(biāo)準(zhǔn)對PC HID市場來說在成本、功耗和效率方面是最優(yōu)的。

　　先看一下低功率藍(lán)牙技術(shù)，它是針對低功率應(yīng)用和PC HID市場開發(fā)的。基本速度(BR)和低功率(LE)藍(lán)牙都支持設(shè)備發(fā)現(xiàn)、連接建立和連接機(jī)制。低功率藍(lán)牙還可以進(jìn)行特色設(shè)計(jì)，可以設(shè)計(jì)出比BR藍(lán)牙更低功耗，更低復(fù)雜性，以及更低成本的產(chǎn)品。

　　成本

　　無線HID市場對價(jià)格要求是相當(dāng)嚴(yán)格的，MCU擔(dān)任了射頻基帶控制器，需要有足夠的閃存來保存無線協(xié)議棧。因?yàn)榈凸β仕{(lán)牙是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，其堆疊代碼大小遠(yuǎn)比專有協(xié)議大得多，從而要求更大的閃存，這會致使成本增加。無線HID市場一直被專有協(xié)議占有，因?yàn)樗麄儏f(xié)議棧小。

　　然而，專有網(wǎng)絡(luò)需要外部的橋連接到PC 或主機(jī)，以便他們可以和網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備通話。藍(lán)牙技術(shù)在大部分的個(gè)人電腦和手機(jī)中比較常見，這些設(shè)備會有一個(gè)完整的雙模式藍(lán)牙橋 (BR和LE)，以后將不需要外部的橋。

　　功耗

　　和基本速率藍(lán)牙不同，低功率藍(lán)牙是一種“always-off”技術(shù)規(guī)范，在一個(gè)最大3 ms的數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用中，一般不會超過20mA的峰值電流，在紐扣電池應(yīng)用中不會超過15mA。這使得小型設(shè)備(例如手表和運(yùn)動(dòng)傳感器)可以使用一個(gè)小紐扣電池就可以實(shí)現(xiàn)多年的電池壽命。然而，支持藍(lán)牙和低功率藍(lán)牙的雙模實(shí)現(xiàn)，將共享現(xiàn)有藍(lán)牙的物理收發(fā)器件和天線，由于要遵循標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙技術(shù)，所以要保持同樣的功率消耗。

　　由于功率消耗比較是有挑戰(zhàn)性的，所以專有射頻芯片制造商通常在datasheet上不披露功耗。因此開發(fā)人員必須使用實(shí)驗(yàn)板的設(shè)置和他們各自的固件測試環(huán)境來獲得自己想要的功率消耗數(shù)據(jù)。

　　可靠性和安全性

　　在2.4GHz干擾的魯棒性，是指能夠可靠地與802.11b/g，藍(lán)牙，WirelessUSB，以及一系列的無繩電話和微波爐共存。一些專用的射頻器件例如CYRF6936可以使用直接序列擴(kuò)頻(DSSS)和跳頻擴(kuò)頻(FHSS)傳輸，低功率藍(lán)牙只采用了跳頻技術(shù)，這和所有版本的藍(lán)牙技術(shù)相同。DSSS可以確保數(shù)據(jù)的魯棒性，一旦干擾太大了FHSS允許無線電信號馬上跳到一個(gè)新頻道。不支持DSSS也是藍(lán)牙相對于專有協(xié)議一個(gè)缺點(diǎn)，因?yàn)閷Ｓ猩漕l可以并存在噪聲環(huán)境中，不必非得跳到一個(gè)比較安靜的頻道。低功率藍(lán)牙提供完整的AES-128加密技術(shù)，可以對數(shù)據(jù)包進(jìn)行強(qiáng)好的加密和驗(yàn)證。與此同時(shí)，這消耗了大量的數(shù)據(jù)包。為了確保系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠，開發(fā)人員要根據(jù)設(shè)備的硬件能力和應(yīng)用要求的安全級別來選擇現(xiàn)有的專有協(xié)議還是標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議(如藍(lán)牙)。對于某些應(yīng)用場合，如無線鼠標(biāo)，安全不是必需的。

　　速度/吞吐量

　　低功率藍(lán)牙支持1Mbps的數(shù)據(jù)速率，這足以滿足無線HID的應(yīng)用。然而，由于額外的開銷，實(shí)際吞吐量僅僅是256kbps。專有協(xié)議只有較低的數(shù)據(jù)包消耗，這就可以支持更高的吞吐量。對于需要更高的有效吞吐量應(yīng)用，低功率藍(lán)牙就不如專有標(biāo)準(zhǔn)了。

　　認(rèn)證

　　對于任何藍(lán)牙兼容設(shè)備來說認(rèn)證都是必需的，并且要預(yù)先得到藍(lán)牙技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)許可。認(rèn)證過程增加了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，同時(shí)增加了成本和潛在的量產(chǎn)延遲。在使用專有協(xié)議的情況下，許多廠商都提供了自己的認(rèn)證規(guī)范，這方面幾乎是免費(fèi)的，所以產(chǎn)品開發(fā)人員可以在自己的終端評估協(xié)議，開發(fā)費(fèi)用和時(shí)間都可以減到最小。

　　應(yīng)用

　　使用專有射頻，任何應(yīng)用都可以很容易地修改協(xié)議。使用這種方法，可以通過改變輸出功率水平，應(yīng)用就可以修改來適應(yīng)環(huán)境，工作在具有更好魯棒性的通訊方式下，或可以移動(dòng)到一個(gè)比較安靜的環(huán)境來通訊。

　　在市場遍布窄帶，本地，專有技術(shù)等連接解決方案的情況下，低功率藍(lán)牙技術(shù)本身有其不同之處:

　　*易實(shí)現(xiàn)和多廠商的互通性

　　*超低的峰值電流，平均功耗和空閑模式功耗

　　*低成本集成

　　*電源處理

　　*接口阻抗

　　雖然低功率藍(lán)牙對于很多種應(yīng)用都看起來像一種不錯(cuò)的技術(shù)，但是在HID應(yīng)用采用這個(gè)技術(shù)之前，有一些存在的問題需要行業(yè)解決。當(dāng)然，它不需要外部的橋，這是它的優(yōu)點(diǎn)。但是，當(dāng)電子行業(yè)準(zhǔn)備集成雙模式藍(lán)牙收發(fā)時(shí)就會遇到問題。把雙模式/單模式收發(fā)集成到host，也同樣會產(chǎn)生藍(lán)牙技術(shù)和WiFi、WiMax、典型藍(lán)牙設(shè)備、以及其他2.4 GHz技術(shù)共處的問題，。這對開發(fā)人員來說可能是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，除非有了這樣的芯片，暫時(shí)的解決辦法就是用一個(gè)外部橋和pc一起工作。由于低功率藍(lán)牙仍是在開發(fā)階段，所有應(yīng)用輪廓都還沒有最終確定，這將在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)影響低功率藍(lán)牙應(yīng)用到無線HID領(lǐng)域。

　　雖然藍(lán)牙技術(shù)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，但它在綁定方法上的缺點(diǎn)也是不可避免的。例如，假設(shè)一個(gè)教室環(huán)境，這里有許多學(xué)生都使用藍(lán)牙鼠標(biāo)，并且所有人都試圖讓他們的鼠標(biāo)同時(shí)綁定在各自的pc機(jī)上。這時(shí)候可能發(fā)生交叉捆綁的情況，一只鼠標(biāo)跟別的電腦捆綁了，而不是在應(yīng)該捆綁的那個(gè)。那些專有協(xié)議例如賽普拉斯半導(dǎo)體的方案就會避免這些問題，可以使用KISS (Keep It Simple Solutio)綁定，廠商綁定，和自動(dòng)綁定技術(shù)。如果開發(fā)人員試圖使用低功率藍(lán)牙用到這類HID應(yīng)用的話，他們需要自己實(shí)現(xiàn)類似的綁定方法。

　　就像任何其他產(chǎn)品一樣，適應(yīng)應(yīng)用是成功的關(guān)鍵。低功率藍(lán)牙具備低成本、低能耗的特點(diǎn)，似乎在無線HID市場是一個(gè)好的方案。然而，當(dāng)?shù)凸β仕{(lán)牙吸引許多公司進(jìn)入無線HID市場的同時(shí)，它又不可能成功，除非它實(shí)現(xiàn)了并且超過了專有協(xié)議早在十年前就已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了的特性。