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低功耗藍牙和專有射頻技術在HID的應用
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摘要:   隨著各種無線技術的不斷增加,更復雜的集成了無線技術的人機接口設備(HID)來到市場上 (無線鍵盤,無線鼠標,等等)。盡管無線標準體現出了其優勢,但他們也帶來了設計的復雜性和其應用增加的不必要開銷,這導致系統成本提高了。另一方面,專有協議使開發者在定制應用方面更靈活,開發步驟更簡潔。這篇文章就HID市場上的低功率藍牙技術和專有協議進行了比較。
Abstract:
Key words :
   隨著各種無線技術的不斷增加,更復雜的集成了無線技術的人機接口設備(HID)來到市場上 (無線鍵盤,無線鼠標,等等)。盡管無線標準體現出了其優勢,但他們也帶來了設計的復雜性和其應用增加的不必要開銷,這導致系統成本提高了。另一方面,專有協議使開發者在定制應用方面更靈活,開發步驟更簡潔。這篇文章就HID市場上的低功率藍牙技術和專有協議進行了比較。

  選擇PC HID射頻的關鍵是成本,功耗,可靠性(安全),速度(吞吐量),和易于設計。一般來說,市場上標準協議比專有協議更具有競爭力,這是由于其設備之間的互通性。然而,直到2009年,在PC HID方面,只有專有協議占據了市場。這主要歸因于沒有任何無線標準對PC HID市場來說在成本、功耗和效率方面是最優的。

  先看一下低功率藍牙技術,它是針對低功率應用和PC HID市場開發的。基本速度(BR)和低功率(LE)藍牙都支持設備發現、連接建立和連接機制。低功率藍牙還可以進行特色設計,可以設計出比BR藍牙更低功耗,更低復雜性,以及更低成本的產品。

  成本

  無線HID市場對價格要求是相當嚴格的,MCU擔任了射頻基帶控制器,需要有足夠的閃存來保存無線協議棧。因為低功率藍牙是一個標準,其堆疊代碼大小遠比專有協議大得多,從而要求更大的閃存,這會致使成本增加。無線HID市場一直被專有協議占有,因為他們協議棧小。

  然而,專有網絡需要外部的橋連接到PC 或主機,以便他們可以和網絡中的其他設備通話。藍牙技術在大部分的個人電腦和手機中比較常見,這些設備會有一個完整的雙模式藍牙橋 (BR和LE),以后將不需要外部的橋。

  功耗

  和基本速率藍牙不同,低功率藍牙是一種“always-off”技術規范,在一個最大3 ms的數據傳輸應用中,一般不會超過20mA的峰值電流,在紐扣電池應用中不會超過15mA。這使得小型設備(例如手表和運動傳感器)可以使用一個小紐扣電池就可以實現多年的電池壽命。然而,支持藍牙和低功率藍牙的雙模實現,將共享現有藍牙的物理收發器件和天線,由于要遵循標準的藍牙技術,所以要保持同樣的功率消耗。

  由于功率消耗比較是有挑戰性的,所以專有射頻芯片制造商通常在datasheet上不披露功耗。因此開發人員必須使用實驗板的設置和他們各自的固件測試環境來獲得自己想要的功率消耗數據。

  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頻(DSSS)和跳頻擴頻(FHSS)傳輸,低功率藍牙只采用了跳頻技術,這和所有版本的藍牙技術相同。DSSS可以確保數據的魯棒性,一旦干擾太大了FHSS允許無線電信號馬上跳到一個新頻道。不支持DSSS也是藍牙相對于專有協議一個缺點,因為專有射頻可以并存在噪聲環境中,不必非得跳到一個比較安靜的頻道。低功率藍牙提供完整的AES-128加密技術,可以對數據包進行強好的加密和驗證。與此同時,這消耗了大量的數據包。為了確保系統的穩定和可靠,開發人員要根據設備的硬件能力和應用要求的安全級別來選擇現有的專有協議還是標準協議(如藍牙)。對于某些應用場合,如無線鼠標,安全不是必需的。

  速度/吞吐量

  低功率藍牙支持1Mbps的數據速率,這足以滿足無線HID的應用。然而,由于額外的開銷,實際吞吐量僅僅是256kbps。專有協議只有較低的數據包消耗,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用,低功率藍牙就不如專有標準了。

  認證

  對于任何藍牙兼容設備來說認證都是必需的,并且要預先得到藍牙技術知識產權許可。認證過程增加了產品的設計周期,同時增加了成本和潛在的量產延遲。在使用專有協議的情況下,許多廠商都提供了自己的認證規范,這方面幾乎是免費的,所以產品開發人員可以在自己的終端評估協議,開發費用和時間都可以減到最小。

  應用

  使用專有射頻,任何應用都可以很容易地修改協議。使用這種方法,可以通過改變輸出功率水平,應用就可以修改來適應環境,工作在具有更好魯棒性的通訊方式下,或可以移動到一個比較安靜的環境來通訊。

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

  *易實現和多廠商的互通性

  *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

  雖然低功率藍牙對于很多種應用都看起來像一種不錯的技術,但是在HID應用采用這個技術之前,有一些存在的問題需要行業解決。當然,它不需要外部的橋,這是它的優點。但是,當電子行業準備集成雙模式藍牙收發時就會遇到問題。把雙模式/單模式收發集成到host,也同樣會產生藍牙技術和WiFi、WiMax、典型藍牙設備、以及其他2.4 GHz技術共處的問題。這對開發人員來說可能是一個巨大的挑戰,除非有了這樣的芯片,暫時的解決辦法就是用一個外部橋和pc一起工作。由于低功率藍牙仍是在開發階段,所有應用輪廓都還沒有最終確定,這將在相當長的時間內影響低功率藍牙應用到無線HID領域。

  雖然藍牙技術是一個標準的協議,但它在綁定方法上的缺點也是不可避免的。例如,假設一個教室環境,這里有許多學生都使用藍牙鼠標,并且所有人都試圖讓他們的鼠標同時綁定在各自的pc機上。這時候可能發生交叉捆綁的情況,一只鼠標跟別的電腦捆綁了,而不是在應該捆綁的那個。那些專有協議例如賽普拉斯半導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,和自動綁定技術。如果開發人員試圖使用低功率藍牙用到這類HID應用的話,他們需要自己實現類似的綁定方法。

  就像任何其他產品一樣,適應應用是成功的關鍵。低功率藍牙具備低成本、低能耗的特點,似乎在無線HID市場是一個好的方案。然而,當低功率藍牙吸引許多公司進入無線HID市場的同時,它又不可能成功,除非它實現了并且超過了專有協議早在十年前就已經成功實現了的特性。 

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