除了蓝牙和WiFi,物联网和可穿戴设备电路方案的另一种选择是?

2019年08月15日 作者:Teardown

个人局域网 (PAN) 的真正部署阶段尚未到来。 我们正处于新一代可穿戴计算机、传感器和外设的爆发点,这将使我们与机器的缠结进入一个新的水平。

传统上,一个 PAN 会与一个无线语音链路关联,如与无线耳机的蓝牙连接。 尽管这是一个有用的本地机器到机器 (M2M) 个人链路,但远未达到低功耗 RF 近场技术 PAN 所能提供的实际潜力。

本文将探讨我们有哪些选择来通过我们的“个人电磁泡泡”产生和收发数据。 文中将讨论各种应用中使用的低功耗级别和信号类型,范围覆盖可穿戴设备或简单的“深嵌”传感器,到较复杂的高清视频和用于实时 3D 手势识别的图像处理。

我们将讨论现今有哪些标准的芯片级解决方案,如 IRDA、无线 USB、蓝牙、Z-Wave、ZigBee 和 Wi-Fi,并从带宽的角度深入研究,以确定预期可以看到的实际、可使用的吞吐量。 同时我们还会讨论对于不同功能哪些标准更好。 本文件所引用的所有零件、规格书、指南和开发工具均可以在 Digi-Key 网站找到。

并非都是 RF

无线链路一般会使我们联想到无线电概念,但并非所有无线链路都是基于 RF 的。 有些视线、近程和低带宽通信可以用 IR(红外线)来取代。 例如,用于设备或医疗程序遥控的两件式力反馈手套。 此时,象 ROHM RPM973-H11E2A 这样的 IRDA 模块做得更好(图 1)。 这种收发器是超薄、自足式的,能够以光学链路提供高达 4 Mbits/s 的速度,且不会受任何来源的环境射频噪声干扰。 它同时具有适合恶劣条件的坚固结构。

尽管光学技术有其独到之处,但到目前为止,新兴 PAN 应用中用得最广泛的通信技术还是 RF。 有趣的是,对较近程的低速链路,可以使用低成本的窄带 AM、FM、ASK、FSK、载波开/载波关和 PSK 类型的 RF。 计算机鼠标有 1,200 bit/s 的数据速度就可以工作地很好。

Murata TR3000 使用 433.92 MHz 的载波和 ASK 或 OOK 调制,支持高达 115.2 Kbaud 的数据速率。 它的工作电压为 2.7 到 3.7 V,接收数据时电流只需 3.8 mA,7.5 mA 的电流就可以进行数据传输。 其能耗就更出色了,可将较近程链路的能耗降低一个数量级,从而延长电池续航时间(图 2)。

虽然可对窄带 AM 和 FM 进行功率限制,但会有太多的可能干扰源,因此当出现错误时,这类链路一般不会进行仲裁、冲突检测、冲突避免和自动重发。 此时使用数字无线电就比较好。

多个数字标准正在角逐令人垂涎的较大规模 PAN 市场,包括象蓝牙、USB、ZigBee、Wi-Fi 或 Z-Wave 这样的一致可互操作标准,具体不一而足。

随着多个 IC 级的器件即将面市,无线 USB 将提供某些保证。 Cypress CYRF6936-40LTXC 是直接定序扩频无线 2.4 GHz USB 收发器仅有的零件。 1.8 至 3.6 V 装置的数据速度高达 1 Mbit/s,使用 4 MHz SPI 端口进行设置和控制。 这是一个采用裸焊盘的 40 引脚零件,比窄带解决方案稍大。 其 34 mA 发射(21.2 mA 接收)电流也明显高一些。 其实,许多应用大多时间处于休眠状态而非唤醒状态,利用小电池就可以实现长时间突发通信,如果电池可以充电则尤为如此。

带有嵌入式控制器的类似零件有 Cypress CYRF89235-40LTXC,该零件提供一个高达 24 MHz 的片载 Harvard 架构 M8C RISC 处理器,以及一个仿真端口(图 3)。 片载 32 K 闪存可以存储某些应用的堆栈和用户代码。 可以通过 8 位端口或通过 I²C 或 SPI 接口(同时都包括)在可编程 I/O 上扩充 2 K RAM。

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