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超低功耗RF设计要点注意

时间:04-18 来源:互联网 点击:

E成本。此外,供应商还能最佳化软硬体性能,以满足目标应用需求。

  对滑鼠製造商来说,他们毋须浪费时间和金钱开发、选择或购买外部处理器和相关的开发工具套件,以及撰写程式码。收发器供应商在开发SoC时便已完成一部份工作了。

  以Nordic公司的nRF24LE1 SoC为例,该元件瞄準桌上型週边市场,内含Nordic公司的nRF24L01 + 2.4GHz超低功耗收发器、用于快闪记忆体或一次可编程(OTP)记忆体中的Gazell软体协议堆叠、增强型8位元微控制器。这种单晶片元件尺寸仅5x5毫米,可应用在小型无线滑鼠设计中。

  另一款nRF24LU1+晶片组则整合了Nordic nRF24L01+收发器、USB 2.0相容设备控制器,、快闪记忆体(或OTP)和一个8位元微控制器,可插入主PC的USB埠提供无线链接。nRF24LU1+能让PC週边製造商开发出微型USB dongle设备(图1)。

  

  图1:nRF24LU1+能让PC週边製造商开发出微型USB dongle。

      单晶片连接
  SoC为量产型应用提供许多优势,但它仍有一些缺点,如高整合SoC的尺寸和成本可能会增加。一颗无线SoC中通常包含一个微控制器,但在许多应用中,都已经採用微控制器来控制无线应用。

  此外,一些工程师可能会自行选择微处理器,因此,一些工程师可能会购买价格更低、没有板载微处理器的收发器。

  以一个无线自行车电脑为例,它整合了用于监控心律、速度或距离的各式感测器,另外还有许多各式各样的感测元件、功率计等,让自行车电脑的组成更加复杂,因此,这类应用通常都已具备可用于监控和无线功能的处理器,它们不需要再使用附加嵌入式处理器的无线晶片(图2)。

  

  图2:Nordic的专用ULP收发器nRF24AP2,可为自行车单增加无线连接功能。(图片来源:Suunto)

  为此,Nordic与合作伙伴ANT Wireless一直致力为自行车开发适用的无线连接方案。

  Nordic针对这类应用所开发的nRF24AP2在单晶片中整合了一个2.4GHz ULP收发器、ANT无线协议,以及微控制器/处理器介面。这款方案并未包含应用处理器,从而节省成本、功耗并减小尺寸。在实际使用时,nRF24AP2可无缝连接自行车电脑内的应用处理器,让应用处理器能监控设备的无线连接情况。Nordic将这种方法称之为‘单晶片连接’。
互通性需求

  从技术角度来看,採用专用无线连接方案的好处远胜过採用ZigBee或蓝牙,因为製造商能最佳化协议,而且不会有其他的额外开销,从而确保更低的功耗和成本。但缺点是缺乏互通性。

  OEM需要能与其他晶片製造商互通的解决方案。目前通常是由业界厂商组成的联盟,如ZigBee联盟,或是像IEEE这类标準组织,以及蓝牙SIG等标準协会负责制定这些互通性标準。基本上,这些产品都必须经过测试,以获得特定标準的互通性认证。

  虽然要製造符合标準的产品,就必须花费时间进行测试及获得认证,同时会增加产品开发成本,但可互通的解决方案往往可刺激市场成长。

  上述的ANT+技术是可互通ULP无线技术的其中一个例子。事实上,ANT是由超过220家公司所组成的监盟,并已被自行车领域的主要製造商如Garmin和Trek等公司採用,成为实质产业标準。另外,除了Nordic以外,也有其他半导体业者开始供应ANT晶片。然而,迄今在短距无线领域中,蓝牙仍然是最成功的一项无线技术。

  蓝牙向低功耗领域扩展

  蓝牙最新的低功耗版本能运用在採用扭扣型电池供电的设备中。Nordic因应该标準推出的方案是μBlue系列,首款产品nRF8001在一颗5x5mm QFN封装的32接脚元件中整合了完整的嵌入式无线电、链路控制器以及主控端子系统,可用在手錶、感测器和遥控等应用中。卡西欧的G-SHOCK蓝牙低功耗手表便採用了该晶片。

  这款手錶是首个採用蓝牙低功耗的商用化产品,它能够连接智慧手机校正时间,其他功能还包括来电、电子邮件、简讯等提醒等。

  蓝牙SIG表示,未来蓝牙低功耗将延伸到更广泛的应用领域中,包括个人化使用者介面(PUID)、遥控、近接警报、电池状态警示和心律监控等。

  除了医疗保健,蓝牙低功耗感测也将可望在公共场所获得广泛应用。其中一项关键应用,便是它能用于室内定位(没有GPS讯号之处)。也就是说,在大型公共建筑,如机场或火车站内的感测器能不断传送位置资讯给搭载蓝牙低功枆的手机,使用者便可得知所在位置资讯。另外,感测器还可以传送其他资讯,如起飞时间和闸门、各种设备的具体位置,或是附近商店的特别优惠等(图5)。

  

  图3:Nordic的μBluenRF8001是蓝牙低功耗晶片,已用在卡西欧的G-SHOCK蓝牙低功耗手錶中。

  

  图4:蓝牙低功耗的早期应用可能会是体育、医疗保健和娱乐产业。

  

图5:在机场内,蓝牙低功耗标籤可以被放置在特定

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