Vergelyking van eie RF en Bluetooth

Ontwerpers het baie keuses wanneer dit kom by draadlose konneksiwiteit in toepassings wat wissel van menslike koppelvlak-toestelle (HIDs) na afgeleë sensors vir die internet van dinge (IoT). Een van die meer fundamentele besluite wat geneem moet word, en een wat baie ontwerpers steeds worstel, is of dit gaan met 'n standaard gebaseerde RF-koppelvlak soos Wi-Fi, Bluetooth, of ZigBee, of 'n eie RF-fisiese laag (PHY ) ontwerp en protokol.

Die redes vir die keuse van een oor die ander is baie, maar ook die relatiewe afwykings in terme van koste, sekuriteit, kragverbruik, interoperabiliteit, ontwerpstyd, robuustheid ten opsigte van interferensie-, samelewings-, latensie- en sertifiseringsvereistes. Baie van hierdie afhandelings is onderling verwant, dus ontwerpers moet eers die ontwerpvereistes bepaal, en optimaliseer dienooreenkomstig.

Hierdie artikel bespreek die faktore wat in ag geneem moet word by die keuse tussen 'n standaard Bluetooth-koppelvlak en 'n eie RF-protokol. Dit sal dan 'n Bluetooth 5-module bekend stel, gevolg deur 'n silikonoplossing waarop 'n eie protokol geïmplementeer kan word, met toepaslike riglyne vir elkeen hoe om vinnig op te staan.


Spesiale RF voor en nadele
Die geval vir die eiendom PHY en protokol is sterk as 'n ontwerp vereis optimalisering in die rigting van sekuriteit, lae krag, klein voetspoor en prestasie.

Sekuriteit is van kritieke belang vir baie toepassings, van garage deuropeninge tot IoT-toestelle. Met eie radio's word dit op verskeie maniere aangespreek. Om te begin, verseker eie ontwerpte "sekuriteit-deur-duisterheid", omdat 'n RF-koppelvlak wat nie bekend is, moeiliker is om te hack nie. Daarbenewens is daar ook die neiging om die eie koppelvlakke aan te dui, of om te werk in geslote stelsels wat nie met wyer netwerke verbind word nie en dus verborge bly. Laastens is ontwerpers van eie interfaces vry om hul eie gevorderde enkripsie-algoritmes of tweak gevestigde gebruikers te ontwikkel, sonder om interoperable te wees met sekuriteitsalgoritmes van ander vervaardigers. Net om anders te wees, is op sigself 'n sekuriteitsvoordeel.

Besigheidsradio-ontwerpe kan voordelig wees wanneer dit kom by die versekering van 'n sterk verbinding in die gesig van inmenging van Wi-Fi-netwerke, mikrogolfoonde, koordlose fone en ander lae-krag-draadlose netwerke. Sonder om aan 'n standaard gekoppel te wees, het ontwerpers die buigsaamheid om die spektrum beter te benut deur tegnieke soos direkte frekwensie verspreidingsspektrum (DSSS) en frekwensieverspreidingspektrum (FHSS) te gebruik. Daarbenewens kan hulle hul eie voorkeurkoderingskema aanvaar op grond van hul verwagte skakelbegroting om hoër deurvloeisel of laer kragverbruik te kry.

Hierdie buigsaamheid geld ook vir die datapakketstruktuur. Sonder die pakketkoste wat nodig is om interoperabiliteit met standaard-gebaseerde draadlose toestelle te verseker, kan die pakketstruktuur gestroomleng word volgens die behoeftes van die aansoek.

Uit 'n hardeware-ontwerp-oogpunt, goed verstaanbare prestasievereistes en die versekering dat daardie vereistes nie later sal verander nie, kan ontwerpers van 'n eie RF-koppelvlak geoptimaliseer word vir ruimte, krag en prestasie. Hulle kan dit weer deur slegs die funksies wat nodig is om te voldoen aan die aansoek se behoeftes insluit.

Alhoewel proprietary RF baie voordele het, is daar 'n aantal faktore wat in ag geneem moet word. Die eerste is die koste: om die nie-herhalende ingenieurswese (NRE) koste van 'n persoonlike RF IC-ontwerp en gepaardgaande sagteware te regverdig, veral vir laekoste-toestelle, moet die verwagte volume> 100,000 wees.

Tesame met die koste is die ontwerptyd, veral gegewe die vaagheid van RF-ontwerp en die goed gedokumenteerde skaarsheid van RF-kundigheid, sowel as die tyd wat nodig is om die firmware en sagteware wat nodig is vir 'n suksesvolle ontwerp te ontwikkel.

Bluetooth algemeen aanvaar, altyd aanpas
Aan die ander kant is Bluetooth. Oorspronklik ontwerp as 'n eenvoudige punt-tot-punt-kabel vervangingstegnologie vir HIDs en ander toestelle wat gebruikers betwis, het dit gou 'n draadlose klank- en toestel-tot-toestel-verbindingsoplossing geword. Bluetooth word goed begryp deur die Bluetooth Spesiale Belangegroep (SIG), Bluetooth word goed verstaan ​​en ontwerpers kan seker wees dat hul toestelle verbind en interoperabel sal wees met ander Bluetooth-toestelle, ongeag die hardewarebron.

Breë aanneming en interoperabele toestelle het gelei tot hardeware en sagteware, wat laer koste en vinnige tyd tot gevolg het vir die ontwerp van 'n ontwerp wat 'n draadlose koppelvlak vereis. Daarbenewens het Bluetooth oor die jare ontwikkel.

Dit het altyd in die 2.4 GHz industriële, wetenskaplike en mediese (ISM) -band bedryf, wat begin met GFSK-modulasie van sy nege en sewentig 1 MHz-draers, wat 'n deurvoer van 1 Mbit / s gee. Dit heet Bluetooth Basiese Tarief (BR). Sy adaptiewe FHSS-enkoderingskema stel dit in staat om sterk te bly in die gesig van interferers, selfs as die IOT meer draadlose verbindings tot gevolg het. Om met hoër data tariewe te gebruik, gebruik Bluetooth 2.0 + Verbeterde Data Rate (EDR) π / 4-DQPSK (differensiële kwadratuur fase shift keying) en 8DPSK modulasie, om onderskeidelik die tariewe van 2 en 3 Mbits / s te bereik.

Terwyl Bluetooth streng beheer word deur die SIG, moet ontwerpers die veranderinge wat met die bekendstelling van Bluetooth 4.0-kernspesifikasie in 2010 bestaan, noukeurig bestudeer. Dit het Bluetooth lae energie (BLE) bekend gestel, wat voorheen as Bluetooth Smart bemark is. BLE is nie agteruit verenigbaar met Bluetooth Classic nie, dus ontwerpers moet hier versigtig wees.

Die primêre doelwit van BLE is lae krag. Dit bereik dit deur te beweeg van Bluetooth Classic se verbindingsgeoriënteerde benadering waar toestelle altyd gekoppel word, na 'n onverbonde benadering waar hulle net verbind wanneer hulle kort tussenposes benodig. Die toepassings is draagbare soos slim horlosies en sensors vir die IOT.

Die nuutste weergawe, Bluetooth 5, verdubbel die BLE-data-koers na 2 Mbits / s vanaf 1 Mbit / s, en verhoog die omvang van 'n 128 kbit / s-verbinding deur 4x tot 50 m deur sterker vorentoe foutkorrigering (FEC) te gebruik. . Die hoër datatempo laat meer pakkies toe vir 'n gegewe tydsleuf, sodat kragverbruik verminder word, aangesien die toestel vir lang periodes in lae-krag of inaktiewe modus kan bly.

Die langer reeks bied ontwerpers meer buigsaamheid om dataverhouding vir afstand vir enige Bluetooth-toestel, insluitend Beacons, af te handel. Bakens is batterygedrewe BLE-toestelle wat hul identifiseerder na nabygeleë mobiele toestelle uitsend, sodat die toestelle sekere aksies kan uitvoer wanneer hulle naby die baken is. Gewild met adverteerders, maak hulle ook voorsiening vir presiese binnenshuise en buitelugsporing.

Die SIG het egter 'n ander interessante tweak geïmplementeer wat eie RF-koppelvlakontwerpers ook kan doen: hulle het die oorhoofse-tot-payload-verhouding verlaag, wat minder uitsendings vereis om 'n gegewe hoeveelheid "regte" data te stuur om die kragverbruik verder te verminder.

Wat begin het as 'n eenvoudige kabelvervangingstegnologie het in iets baie nuttiger geword. As gevolg daarvan, ontwerpers is nou meer geneig om te soek na 'n vinnige en maklike Bluetooth-oplossing eerder as om deur die koste en koste van die ontwerp van hul eie RF-koppelvlak te gaan.


Aan die gang kom op Bluetooth
Hierdie neiging om te kies vir 'n Bluetooth-koppelvlak, word noodsaaklik aangesien die tyd-tot-mark-vensters smal en die ontwerp van begrotings krimp. Gelukkig is daar vir baie ontwerpe genoeg ruimte om 'n Bluetooth-module buite die rak te akkommodeer, wat die ontwerpspan sal toelaat om op hul eindtoepassing en differensiasie te fokus.


Eiendoms versus Bluetooth soetvlek
Tussen 'n volledige persoonlike radio-ontwerp en standaard Bluetooth, is daar 'n ander opsie: 'n radio-ontvanger wat buite die rak is waarheen ontwerpers hul eie protokol- en koderingskemas kan ontwikkel, of 'n on-the-shelf weergawe soos Ant, Thread, of ZigBee. Met die dalende koste van beskikbare silikon en 'n wye verskeidenheid sagteware ondersteuning, kan dit die "lieflike plek" wees vir ontwerpers wat soek na differensiasie, 'n mate van optimalisering en die opsie om sekuriteit te verbeter, alhoewel koste tot 'n minimum beperk word en ontwerp skedules ongeskonde.


Gevolgtrekking
Daar is baie redes om óf 'n volledige eie RF-ontwerproete of 'n standaard Bluetooth-radio te kies. Elkeen het sy plek om te voldoen aan die ontwerp- en toepassingsvereistes ten opsigte van koste, tyd, prestasie, grootte, sekuriteit en baie ander faktore. Vir ontwerpers wat baie van die koste- en tydbesparende voordele van silikon wil hê, sowel as die buigsaamheid om 'n mate van eie differensiasie toe te voeg, bied verskaffers nou ook vaste hardeware-platforms om voort te bou.

Los 'n boodskap 

boodskap Lys