为便携式设备增加无线功能的设计策略

科技的进步就是帮助人类化繁缛为简洁，提供更大的便利。近年来，便携式设备给消费者在视听享受方面提供了很大的便利，随着无线技术的飞速发展，给便携式设备增加无线功能成为必然的选择。那么，在增加无线功能的时候，设计者需要考虑哪些方面的因素呢？

一、 需要考虑的主要挑战

在增加无线功能的时候，设计者要面临哪些挑战？需要考虑哪些因素？专家们的建议将有助于设计师把握设计重点和方向。
"在给便携式设备如MP3/PMP增加无线功能的时候，最重要的考虑是你得确保在任何使用状态下可靠工作，这意味着在播放MP3或视频的时候，如果有呼叫/电话，则你必须实时响应呼叫/电话同时要暂停多媒体功能。另外由于无线设计包含发射器和接收器，这需要确保有良好的射频性能。"德州仪器半导体技术上海有限公司硬件技术应用经理刘俊勇指出。Nordic半导体亚太区销售经理陈志谦则补充道："给便携式设备增加无线功能会面临四大挑战：成本、复杂性、功耗和尺寸大小。"他解释说："无线功能将使设计更复杂，虽然有些供应商设计了集成收发器的元件，但是把芯片设计到PCB的时候你得知道这些因素将影响你的设计性能。它们是天线的位置、范围、和其他设备的接口等。"

当然，要支持设备正常工作，功耗方面的考量也是必不可少的，SiGe半导体公司无线数据产品总监Andrew Parolin指出要把无线技术增加到便携式设备中，电池的寿命和大小尺寸是主要的挑战。因为新产品纵使添加了新功能，但原来的基本特点(如MP3播放器的播放时间等)也绝不能逊于上一代产品。设计者必须开发出耗电非常少的无线解决方案，而且能同时降低现有功能性的耗电量。对射频前端模块和功率放大器而言，电池寿命和尺寸大小是两大重要问题。这些器件一般是设备中耗电最多的部分，因此，要在便携式设备中增添无线功能，它们就成了主要关注的焦点。一般来说，每一代前端模块的尺寸大小都会较前一代减少 30-40%；而效率则递增加1-3%。而且即使增添新功能，生产商也不希望现有产品尺寸增大，因为外形尺寸只要稍稍增加，都会大大影响用户对产品的印象。飞利浦半导体资深技术行销经理蒋益杰则指出，在增加无线功能的时候，工程师还要考虑平台、操作系统和无线接口的选择问题，这些因素都和系统需求、设计复杂度以及市场趋势密切相关。

其他需要考虑的因素是无线功能带来的散热、外观和重量问题，虽然模块化的方案有助于减轻RF方面的问题难度和加速产品面市，但是模块本身存在的尺寸和成本问题都需要进行折中考虑。

二、 无线协议和架构的选择策略

在增加无线功能的时候，工程师该如何选择架构和无线协议？SiGe的Parolin给出的建议是：系统工程师必须知道所需的无线应用要求的最小带宽是多少。某些应用比如游戏等可能需要802.11g这样的大带宽无线标准，这是由于它们需要很高的数据传输速率，所以即使可能消耗较多电流和有效的电池使用寿命，也必须如此。而对于语音等其它应用而言，蓝牙则可能是更好的选择，因为它能在较低的耗电量下满足数据带宽的要求。


TI的刘俊勇则表示一般可以选择两种架构，一种是在现有平台方案上增加无线modem，但这需要设计射频通信层和接口以确保在无线modem和便携式设备之间进行实时可靠的通信。这种方案中可以选择TI的单芯片解决方案Locosto。另外一种架构是选择集成有无线modem和应用处理器的集成方案，例如TI的OMAP730。不过他表示不管选用何种方式，无线协议栈必须是成熟且强健的，他建议最好使用通过互操作测试(IOT)测试的无线协议栈。

Nordic的陈志谦给出的补充建议是：一要考虑使用非授权ISM频段，例如如果你的产品在美国使用，则你可以使用915MHz频段，如你的产品在欧洲销售，你可以使用434或868MHz频段。另外，2.4GHz频段是全球可以使用的频段。二要考虑供应商对你的支持，例如如果从RF角度来看你的PCB不够好，这样就可能产生干扰，这时你需要供应商给你一些建议。如果你通过分销商获得支持，你需要确保他们理解你的硬件设计需求。

目前市场上有许多标准无线技术，工程师可以从应用范围、数据传输率、频段和功耗方面考虑采用何种技术。例如，WLAN可以提供的通信范围是100米左右，可以提供的数据传输率可以超过54Mbps。而NFC提供的通信范围就是10cm左右，数据率为1~3Mbps，频段则是13.56MHz。表一列出了目前可以实用的标准无线技术

另外，工程师在增加无线功能的时候也可以考虑一些非标准的无线协议。Nordic的陈志谦指出类似IEEE802.xx的这些标准协议，因为要确保兼容性方面的问题，所以会延长产品的面市时间，因为你要确保你的产品符合标准，而且这样也增加了一些非工程成本(NRE)开销，而一些非标准协议。例如Nordic的nRF24xx在端对端应用中有比蓝牙更出色的性能，还不用做兼容性方面的测试。如果一个微微网中有其他制造商的无线产品，这时候蓝牙很有优势，但如果都是一个公司的产品，这时候用蓝牙就大材小用了。

实际上，便携式设备的功耗是最重要的考量因素。一般应用处理器和背光屏就占用50~60%的功耗，而且消费者都希望手机和MP3播放器在电池支持下可以工作数十小时。这样，无线部分就必须十分高效。"蓝牙1.2版芯片以及增强数据率(2.0+EDR)芯片都不是很高效的,因为它们需要每隔675us发送一个160bit的数据包(1600数据包/秒)以维持连接，这也是蓝牙为什么不能用于低占空比应用的原因。"陈志谦指出。蓝牙对于便携式设备来说，功耗问题可以算是最大的问题。这样，在无线音频流的应用中，如果用蓝牙，则几个小时就会耗尽电池的电量。Zigbee通过放弃同步请求减少了功耗，但却限制了带宽。而如果采用非标准协议，则既能获得蓝牙的带宽，又可以获得Zigbee的低功耗效果。

实际上，由于许多标准无线协议都采用2.4GHz ISM频段，许多专家已经在担心使用这个频段的设备之间的干扰问题。而这无疑将增加标准协议的使用成本。