人機(jī)界面應(yīng)用的藍(lán)牙低功耗和專有射頻協(xié)議比較
隨著市場上可用的無線技術(shù)越來越多,有許多更加復(fù)雜的、整合了無線技術(shù)的人機(jī)介面設(shè)備(HID,如無線鍵盤、無線滑鼠等)投入市場。雖然無線標(biāo)準(zhǔn)具有互通性的優(yōu)勢,但它們也可能給應(yīng)用帶來不必要的復(fù)雜性和開銷,并導(dǎo)致更高的系統(tǒng)成本。另一方面,專有協(xié)議能使開發(fā)人員靈活地定製應(yīng)用,代價是要求開發(fā)人員進(jìn)行開發(fā)。本文針對HID市場中的藍(lán)牙低功耗技術(shù)與專有協(xié)議進(jìn)行了比較。
選擇PC HID時考慮的關(guān)鍵射頻要求是成本、功耗、可靠性/安全性、速度/輸送量和設(shè)計方便性。一般來說,考慮到設(shè)備間的互通性,市場上的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)要比專有實(shí)現(xiàn)略勝一籌。然而,在2009年之前的PC HID中,只有專有協(xié)議主導(dǎo)市場。這要?dú)w功于缺少在成本、功耗和效率方面針對PC HID市場最佳化了的無線標(biāo)準(zhǔn)。
藍(lán)牙低功耗協(xié)議主要用于低功耗應(yīng)用和PC HID市場。基本速率(BR)和低能耗(LE)藍(lán)牙都支援設(shè)備發(fā)現(xiàn)、連接設(shè)立和連接機(jī)制。與BR相較,藍(lán)牙LE更適合用于設(shè)計更低電流消耗、更低復(fù)雜性和更低成本的產(chǎn)品。
成本考量:無線HID市場對成本特別敏感,作為射頻基頻控制器的MCU需要足夠的快閃記憶體來保存無線協(xié)議堆疊。由于藍(lán)牙LE是一種標(biāo)準(zhǔn),因此堆疊程式碼規(guī)模遠(yuǎn)大于專有協(xié)議,需要更多的快閃記憶體,因此增加了成本。無線HID市場一直被專有協(xié)議所主導(dǎo),因為它們才能提供羽量級的協(xié)議堆疊。然而,專有網(wǎng)路要求透過一個外部橋連接到PC/主機(jī),才能與網(wǎng)路中的其它設(shè)備進(jìn)行通訊。由于大多數(shù)PC和行動電話都有藍(lán)牙功能,因此未來這些設(shè)備都將整合支援雙模式(BR和LE)的藍(lán)牙橋,不再需要外部橋接元件。
功耗因素:與基本速率藍(lán)牙不同,藍(lán)牙LE是一種經(jīng)常處于休眠狀態(tài)的技術(shù),它規(guī)定單一應(yīng)用不應(yīng)消耗超過20mA的峰值電流,在鈕扣電池應(yīng)用中不應(yīng)消耗超過15mA的電流,并且資料連續(xù)傳輸時間最大為3ms。這樣就能使手錶和運(yùn)動感測器等小型設(shè)備在使用小型鈕扣電池的條件下連續(xù)工作數(shù)年時間。然而,支援藍(lán)牙和藍(lán)牙LE的雙模實(shí)現(xiàn)將共用現(xiàn)有的藍(lán)牙實(shí)體無線頻率和天線,因此能保持與經(jīng)典藍(lán)牙技術(shù)相同的功耗。比較功耗極具挑戰(zhàn)性,因為專有射頻晶片製造商一般不在資料手冊上披露功耗。開發(fā)人員必須使用實(shí)驗板裝置和他們各自的韌體測試環(huán)境獲得他們自己的功耗資料。
可靠性和安全性:強(qiáng)韌性的抗2.4GHz干擾意味著能夠與802.11b/g、藍(lán)牙、無線USB和大量無線電話及微波爐和平共存。雖然像CYRF6936等一些專有無線設(shè)備採用DSSS(直接序列擴(kuò)頻)和FHSS(跳頻擴(kuò)頻)傳輸機(jī)制,但藍(lán)牙LE只使用對所有版本藍(lán)牙技術(shù)通用的自我調(diào)整跳頻技術(shù)。DSSS可以確保資料強(qiáng)韌性,而FHSS允許在干擾變得太大時將無線訊號跳頻到新通道。與專有協(xié)議相較,藍(lán)牙中缺少DSSS也是一個缺點(diǎn),因為專有射頻可以在有雜訊的環(huán)境中共存而無需跳頻到更安靜的通道。藍(lán)牙LE提供了完美的AES-128加密技術(shù),可對資料封包進(jìn)行強(qiáng)大的加密和認(rèn)證。與此同時,這會消耗相當(dāng)數(shù)量的封包開銷。為了確??煽亢桶踩南到y(tǒng),開發(fā)人員需要自己根據(jù)設(shè)備的硬體功能和應(yīng)用的安全等級要求來判斷是採用現(xiàn)有的專有協(xié)議還是像藍(lán)牙這樣的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。例如,對于像無線滑鼠這樣的應(yīng)用,安全性要求就很低。
速度/輸送量:藍(lán)牙LE支援1Mbps的空中資料速率,這對無線HID應(yīng)用來說已經(jīng)足夠。然而,由于開銷塬因,應(yīng)用的輸送量只有256kbps。專有協(xié)議具有更小的資料封包開銷,也許能夠支援更高的輸送量。對于要求更高有效輸送量的應(yīng)用來說,藍(lán)牙LE比不上專有標(biāo)準(zhǔn)。
認(rèn)證:任何藍(lán)牙相容的設(shè)備都要求認(rèn)證,對藍(lán)牙技術(shù)來說這是智慧財產(chǎn)權(quán)許可的一個前提條件。認(rèn)證過程增加了產(chǎn)品設(shè)計週期,并導(dǎo)入了額外成本和潛在延遲。在使用專有協(xié)議的情況下,許多製造商幾乎是免費(fèi)地提供他們的認(rèn)證規(guī)格,以便產(chǎn)品開發(fā)人員能夠在他們那邊認(rèn)證協(xié)議,因而大幅地減少開發(fā)費(fèi)用和時間。
應(yīng)用:由于修改協(xié)議非常方便,因此任何應(yīng)用都能非常方便地使用專有射頻協(xié)議。這樣,透過改變輸出功率電平、啟動更具強(qiáng)韌性的通訊方式或轉(zhuǎn)移到更安靜的環(huán)境中進(jìn)行通訊,可以讓應(yīng)用更加適合環(huán)境。
在充滿窄頻、本地、專有連接解決方案的市場中,藍(lán)牙LE技術(shù)可以透過以下特色實(shí)現(xiàn)自身的差異化:
* 實(shí)現(xiàn)的容易性和多供應(yīng)商互通性
* 超低峰值、平均值和空閒模式功耗
* 低成本整合
* 功耗處理
* 抗干擾性
雖然藍(lán)牙LE對許多應(yīng)用來說似乎是很有前途的一種技術(shù),但在HID應(yīng)用採用這種技術(shù)之前,業(yè)界首先需要解決一些特定的問題。當(dāng)然,不需要外部橋接元件必然是一大優(yōu)勢。然而,電子產(chǎn)業(yè)何時能夠接受整合的雙模式藍(lán)牙無線是一個相當(dāng)中肯的問題。在主機(jī)中整合雙模/單模藍(lán)牙無線也會產(chǎn)生與Wi-Fi、WiMax經(jīng)典藍(lán)牙和其它2.4GHz技術(shù)共存的問題。這對開發(fā)人員來說是一個重大挑戰(zhàn),在晶片實(shí)現(xiàn)之前,短期的解決方案是與PC一起提供外部橋。由于藍(lán)牙LE仍處于開發(fā)階段,所以針對所有應(yīng)用的規(guī)格要求還沒有最終定稿。這將在很長一段時間內(nèi)影響藍(lán)牙LE向無線HID領(lǐng)域的滲透。
雖然藍(lán)牙是一種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,但其綁定技術(shù)并不完美。例如,想像在一間教室中,有許多學(xué)生在使用藍(lán)牙滑鼠,所有人都試圖同時將他們的滑鼠與各自的PC配對。這時候很可能發(fā)生交叉配對,即某個滑鼠與另一臺PC對話,而不是與想要配對的PC。而像Cypress提供的專有協(xié)議則能避免這類問題,這些協(xié)議使用KISS(保持為簡單解決方案)配對、製造配對和自動配對技術(shù)。如果開發(fā)人員想將藍(lán)牙LE用于這類HID應(yīng)用,就需使用類似的配對技術(shù)。
與任何產(chǎn)品一樣,適應(yīng)性是成功的關(guān)鍵。由于具有低成本和低能耗,藍(lán)牙LE似乎是無線HID市場中的一個有力競爭者。然而,雖然藍(lán)牙LE吸引了許多公司進(jìn)入無線HID市場,但唯有比過去十年內(nèi)已獲得廣泛應(yīng)用之專有協(xié)議更好的功能,藍(lán)牙LE才能取得成功。





