Jämförelse mellan egen RF och Bluetooth

Designers har många val när det gäller trådlös anslutning i applikationer som sträcker sig från humana gränssnittsenheter (HIDs) till fjärransensorer för Internet av saker (IoT). Ett av de mer grundläggande beslut som måste göras, och ett som många designers fortfarande kämpar med, är om man ska gå med ett standardbaserat RF-gränssnitt som Wi-Fi, Bluetooth eller ZigBee eller ett proprietärt RF-fysiskt lager (PHY ) design och protokoll.

Anledningen till att man väljer varandra är många, men det är också de relativa skillnaderna när det gäller kostnad, säkerhet, strömförbrukning, driftskompatibilitet, designtid, robusthet inför interferens, samexistens, latens och certifieringskrav. Många av dessa avvägningar är inbördes relaterade så designers måste först bestämma designkraven och optimera därefter.

Denna artikel kommer att diskutera de faktorer som ska beaktas när man väljer mellan ett vanligt Bluetooth-gränssnitt och ett proprietärt RF-protokoll. Det introducerar sedan en Bluetooth 5-modul, följt av en kisellösning som ett proprietärt protokoll kan implementeras med lämpliga riktlinjer för var och en på hur man snabbt kan komma igång.


Förenade kungarikets fördelar och nackdelar
Fallet för proprietär PHY och protokoll är starkt om en design kräver optimering i riktning mot säkerhet, låg effekt, litet fotavtryck och prestanda.

Säkerhet är avgörande för många applikationer, från garageportöppnare till IoT-enheter. Med proprietära radioer behandlas det på flera sätt. Till att börja med säkerställer proprietära mönster "säkerhet genom dunkling", eftersom ett RF-gränssnitt som inte är känt är svårare att hacka. Det finns också tendensen för proprietära gränssnitt att vara punkt-till-punkt, eller att fungera i slutna system som inte ansluter till bredare nätverk och så förbli dolda. Slutligen är designers av proprietära gränssnitt fria att utveckla egna avancerade krypteringsalgoritmer eller tweak etablerade, utan att behöva vara kompatibla med säkerhetsalgoritmer från andra tillverkare. Att bara vara annorlunda är i sig en säkerhetsfördel.

Egenutvecklade radioutformningar kan vara fördelaktiga när det gäller att säkerställa en robust anslutning i samband med störningar från Wi-Fi-nätverk, mikrovågsugnar, trådlösa telefoner och andra trådlösa trådlösa nätverk. Utan att vara bunden till en standard, har designers flexibiliteten att utnyttja spektret bättre med hjälp av tekniker som direktsekvensbredds spektrum (DSSS) och frekvenshoppspridningsspektrum (FHSS). Dessutom kan de anta sitt eget föredragna kodningssystem baserat på deras förväntade länkbudget för att få högre genomströmning eller lägre strömförbrukning.

Denna flexibilitet gäller även för datapaketstrukturen. Utan att det behövs förpackning för att säkerställa driftskompatibilitet med standardbaserade trådlösa enheter, kan paketstrukturen strömlinjeformas i enlighet med applikationens behov.

Utifrån en hårdvaruutvecklingssynpunkt kan välkända prestandakrav och försäkran om att dessa krav inte förändras senare, så att designers av ett proprietärt RF-gränssnitt optimeras för rymd, kraft och prestanda. De kan göra det genom att bara innehålla de funktioner som krävs för att möta programmets behov.

Medan proprietär RF har många fördelar finns det ett antal faktorer som måste beaktas. Den första är kostnaden: För att motivera den enstaka tekniken (NRE) -kostnaden för en anpassad RF IC-design och tillhörande programvara, särskilt för billiga enheter, bör den förväntade volymen vara> 100,000.

Tätt i kombination med kostnaden är designtiden, speciellt med tanke på RF-designens vagaries och den väl dokumenterade bristen på RF-expertis, samt den tid som krävs för att utveckla den fasta programvaran och programvaran som krävs för en lyckad design.

Bluetooth är allmänt antagen och anpassar sig alltid
På andra sidan är Bluetooth. Ursprungligen utformad som en enkel punkt-till-punkt-kabel-ersättningsteknik för HID-enheter och andra enheter som var intrasslande användare, blev snart en trådlös ljud- och enhet-till-enhet-anslutningslösning. Bluetooth är väl förstådd av snabba kontroller från Bluetooth Special Interest Group (SIG), och designers kan vara övertygade om att deras enheter kommer att ansluta och vara kompatibla med andra Bluetooth-aktiverade enheter, oavsett maskinvarukällan.

Bred adoption och driftskompatibla enheter har resulterat i produktiv hårdvara och mjukvara, vilket medför låg kostnad och snabb marknadsföring för en design som kräver ett trådlöst gränssnitt. Dessutom har Bluetooth utvecklats genom åren.

Den har alltid fungerat i 2.4 GHz industriella, vetenskapliga och medicinska (ISM) -bandet, som börjar med GFSK-modulering av sina nittiofem 1 MHz-bärare, vilket ger en genomströmning av 1 Mbit / s. Detta kallas Bluetooth Basic Rate (BR). Dess anpassningsbara FHSS-kodningssystem gör det möjligt att fortsätta att förbli robust inför interferrar, även om IoT ger mer trådlösa anslutna enheter. För att komma till högre datahastigheter använder Bluetooth 2.0 + Enhanced Data Rate (EDR) π / 4-DQPSK (differential kvadratur fasskiftnyckling) och 8DPSK-modulering för att nå priser på 2 och 3 Mbits / s.

Medan Bluetooth styrs av SIG, måste designers noga studera de förändringar som kom med införandet av Bluetooth 4.0 Core Specification i 2010. Detta introducerade Bluetooth Low Energy (BLE), som tidigare marknadsfördes som Bluetooth Smart. BLE är inte bakåtkompatibel med Bluetooth Classic, så designers måste vara försiktig här.

Det primära målet med BLE är låg effekt. Det åstadkommer detta genom att flytta från Bluetooth Classics anslutningsorienterade tillvägagångssätt där enheter alltid är anslutna, till ett icke-kopplat tillvägagångssätt där de bara ansluter när de behöver i korta intervaller. Applikationerna är bärbara som smarta klockor och sensorer för IoT.

Den senaste versionen, Bluetooth 5, fördubblar BLE-datahastigheten till 2 Mbits / s från 1 Mbit / s och ökar intervallet för en 128 kbit / s-anslutning med 4x till upp till 50 m genom att använda starkare framåtfelskorrigering (FEC) . Den högre datahastigheten gör det möjligt för flera paket att överföras för en viss tidlucka, så strömförbrukningen minskar eftersom enheten kan stanna i lågt eller tomgångsläge under långa perioder.

Det längre intervallet ger designers större flexibilitet att avväga datahastighet för avstånd för alla Bluetooth-enheter, inklusive Beacons. Beacons är batteridriven BLE-enheter som sänder sin identifierare till närliggande mobila enheter, så att dessa enheter kan utföra vissa åtgärder när de ligger nära fyren. Populära med annonsörer, möjliggör de också exakt inomhus och utomhus spårning.

Men SIG implementerade en annan intressant tweak som proprietära RF-gränssnittsdesigners kan också göra: de sänkte överföringshastigheten, vilket kräver färre överföringar för att skicka en viss mängd "riktiga" data för att ytterligare minska strömförbrukningen.

Vad som började som en enkel kabelutbytesteknik har förvandlat till något mycket mer användbart. Som ett resultat är designers nu mer lämpade att leta efter en snabb och enkel Bluetooth-lösning istället för att gå igenom kostnaden och kostnaden för att designa egna RF-gränssnitt.


Komma igång på Bluetooth
Denna lutning att välja ett Bluetooth-gränssnitt blir till en nödvändighet, eftersom tid-till-marknadens fönster smala och designbudgetarna krympas. Lyckligtvis för många mönster finns det tillräckligt med utrymme för att rymma en bluetooth-modul som gör det möjligt för designteamet att fokusera på deras slutanvändning och differentiering.


Egenskapen mot Bluetooth-sällskapsdjur
Mellan en fullständig anpassad proprietär radioutformning och standard Bluetooth finns det ett annat alternativ: en radradransceiver som är avsedd för radion, runt vilken designers kan utveckla sina egna protokoll- och kodningssystem, eller adoptera versioner som Ant, Tråd, eller ZigBee. Med den fallande kostnaden för tillgängligt kisel och ett brett utbud av mjukvaruunderstöd kan detta vara den "söta platsen" för designers som söker differentiering, viss latitud för optimering och möjligheten att förbättra säkerheten samtidigt som kostnaderna hålls minimala och designade scheman intakta


Slutsats
Det finns många anledningar att välja antingen en fullständig proprietär RF-konstruktionsväg eller en vanlig Bluetooth-radio. Var och en har sin plats när det gäller att möta design- och applikationskraven när det gäller kostnad, tid, prestanda, storlek, säkerhet och många andra faktorer. Men för designers som vill ha många av de kostnads- och tidsbesparande fördelarna med kisel utan hylla, liksom flexibiliteten att lägga till en viss proprietär differentiering, ger leverantörer nu också solida hårdvaruplattformar att bygga på.

Lämna ett meddelande 

meddelande~~POS=TRUNC