การเปรียบเทียบ RF และ Bluetooth ที่เป็นกรรมสิทธิ์

นักออกแบบมีทางเลือกมากมายในการเชื่อมต่อไร้สายในแอพพลิเคชันตั้งแต่อุปกรณ์อินเทอร์เฟซสำหรับมนุษย์ (HID) ไปจนถึงเซนเซอร์ระยะไกลสำหรับอินเทอร์เน็ตของสิ่งต่างๆ (IoT) หนึ่งในการตัดสินใจขั้นพื้นฐานที่ต้องทำและอีกอย่างหนึ่งที่นักออกแบบจำนวนมากยังคงต่อสู้อยู่คือจะใช้อินเตอร์เฟซ RF ตามมาตรฐานเช่น Wi-Fi บลูทู ธ หรือ ZigBee หรือชั้นกายภาพ RF (PHY) ที่เป็นกรรมสิทธิ์ ) การออกแบบและโปรโตคอล

เหตุผลในการเลือกตัวเลือกหนึ่งเป็นจำนวนมาก แต่ก็มีความสัมพันธ์กันในด้านต้นทุนความปลอดภัยการใช้พลังงานการทำงานร่วมกันเวลาในการออกแบบความทนทานในการเผชิญหน้ากับการแทรกแซงการอยู่ร่วมกันความล่าช้าและความต้องการด้านการรับรอง หลายข้อตกลงเหล่านี้มีความสัมพันธ์กันดังนั้นนักออกแบบต้องกำหนดข้อกำหนดการออกแบบก่อนจึงเพิ่มประสิทธิภาพตาม

บทความนี้จะกล่าวถึงปัจจัยที่จะต้องพิจารณาเมื่อเลือกระหว่างอินเทอร์เฟซ Bluetooth มาตรฐานกับโปรโตคอล RF ที่เป็นกรรมสิทธิ์ จากนั้นจะมีการแนะนำโมดูล Bluetooth 5 ตามด้วยโซลูชันซิลิคอนซึ่งสามารถใช้โปรโตคอลที่เป็นกรรมสิทธิ์ได้โดยมีหลักเกณฑ์ที่เหมาะสมสำหรับแต่ละวิธีในการเริ่มต้นและใช้งานได้อย่างรวดเร็ว


ข้อดีและข้อเสียของ RF ที่เป็นกรรมสิทธิ์
กรณี PHY และโปรโตคอลที่เป็นกรรมสิทธิ์มีประสิทธิภาพหากการออกแบบต้องได้รับการเพิ่มประสิทธิภาพในทิศทางของการรักษาความปลอดภัยพลังงานต่ำขนาดเล็กและประสิทธิภาพ

การรักษาความปลอดภัยเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการใช้งานหลายประเภทตั้งแต่เปิดประตูโรงรถไปจนถึงอุปกรณ์ IoT ด้วยวิทยุที่เป็นกรรมสิทธิ์จะมีการจัดการด้วยหลายวิธี ในการเริ่มต้นการออกแบบที่เป็นกรรมสิทธิ์จะช่วยให้มั่นใจได้ว่า "ความปลอดภัยผ่านความสับสน" ในส่วนติดต่อแบบ RF ซึ่งไม่เป็นที่รู้จักกันดีเป็นการยากที่จะสับ นอกจากนี้ยังมีแนวโน้มที่อินเทอร์เฟซที่เป็นกรรมสิทธิ์จะเป็นจุดต่อจุดหรือทำงานในระบบปิดที่ไม่ได้เชื่อมต่อกับเครือข่ายที่กว้างขึ้นและเพื่อซ่อนไว้ สุดท้ายนักออกแบบของอินเทอร์เฟซที่เป็นกรรมสิทธิ์สามารถพัฒนาอัลกอริธึมการเข้ารหัสขั้นสูงของตนเองหรือปรับแต่งโมเดลที่เป็นที่ยอมรับได้โดยไม่ต้องมีขั้นตอนการรักษาความปลอดภัยร่วมกันกับผู้ผลิตรายอื่น เพียงแค่ความแตกต่างก็คือความได้เปรียบด้านความปลอดภัย

การออกแบบวิทยุที่เป็นกรรมสิทธิ์อาจเป็นประโยชน์เมื่อต้องสร้างความมั่นใจว่าจะมีการเชื่อมต่อที่แข็งแกร่งเมื่อเผชิญกับการรบกวนจากเครือข่าย Wi-Fi เตาอบไมโครเวฟโทรศัพท์ไร้สายและเครือข่ายไร้สายพลังงานต่ำอื่น ๆ นักออกแบบมีความยืดหยุ่นในการใช้คลื่นความถี่ได้ดีขึ้นโดยใช้เทคนิคต่างๆเช่นสเปกตรัมการแพร่กระจายลำดับโดยตรง (DSSS) และความถี่การแพร่กระจายคลื่นความถี่ (FHSS) นอกจากนี้ยังสามารถใช้รูปแบบการเข้ารหัสที่ต้องการได้ตามงบประมาณการเชื่อมโยงที่คาดว่าจะได้รับเพื่อให้ได้ปริมาณการใช้งานที่สูงขึ้นหรือลดการใช้พลังงานลง

ความยืดหยุ่นนี้ยังใช้กับโครงสร้างแพ็กเก็ตข้อมูล หากไม่มีค่าโสหุ้ยบนแพ็คเก็ตที่จำเป็นเพื่อให้มั่นใจว่าสามารถทำงานร่วมกันได้กับอุปกรณ์ไร้สายตามมาตรฐานโครงสร้างแพ็กเก็ตสามารถปรับให้เหมาะสมตามความต้องการของแอพพลิเคชันได้

จากจุดการออกแบบด้านฮาร์ดแวร์ข้อกำหนดในการปฏิบัติงานที่เข้าใจได้ดีและความมั่นใจว่าข้อกำหนดเหล่านี้จะไม่เปลี่ยนแปลงในภายหลังช่วยให้นักออกแบบของส่วนติดต่อ RF ที่เป็นกรรมสิทธิ์ได้รับการปรับให้เหมาะสมกับพื้นที่พลังและประสิทธิภาพ พวกเขาสามารถทำเช่นนั้นได้อีกครั้งโดยรวมเฉพาะฟังก์ชันที่จำเป็นเพื่อตอบสนองความต้องการของแอ็พพลิเคชัน

แม้ว่า RF ที่เป็นกรรมสิทธิ์มีข้อดีหลายประการ แต่ก็มีปัจจัยหลายอย่างที่ต้องคำนึงถึง ค่าใช้จ่ายแรกคือค่าใช้จ่าย: เพื่อปรับค่าใช้จ่ายวิศวกรรมที่เกิดขึ้นเอง (NRE) สำหรับการออกแบบ RF IC ที่กำหนดเองและซอฟต์แวร์ที่เกี่ยวข้องโดยเฉพาะอุปกรณ์ที่มีราคาต่ำกว่าปริมาณที่คาดว่าจะควรจะ> 100,000

ค่าใช้จ่ายรวมกันอย่างแน่นหนาคือระยะเวลาในการออกแบบโดยเฉพาะอย่างยิ่งความหลากหลายของการออกแบบ RF และความขาดแคลนความเชี่ยวชาญด้าน RF ที่มีการจัดทำเป็นเอกสารรวมทั้งเวลาในการพัฒนาเฟิร์มแวร์และซอฟต์แวร์ที่จำเป็นสำหรับการออกแบบที่ประสบความสำเร็จ

บลูทู ธ ยอมรับอย่างกว้างขวางและปรับตัวตลอดเวลา
ส่วนอีกอย่างคือ Bluetooth ได้รับการออกแบบมาเป็นเทคโนโลยีเปลี่ยนสายเคเบิลแบบ point-to-point แบบตรงไปตรงมาสำหรับ HIDs และอุปกรณ์อื่น ๆ ที่มีผู้ใช้พันกันซึ่งในไม่ช้ามันก็กลายเป็นโซลูชันการเชื่อมต่อแบบไร้สายและอุปกรณ์ต่ออุปกรณ์ การได้รับประโยชน์จากการควบคุมโดยกลุ่มการให้ความสนใจพิเศษของ Bluetooth (SIG) Bluetooth เป็นที่เข้าใจกันดีและนักออกแบบสามารถมั่นใจได้ว่าอุปกรณ์ของพวกเขาจะเชื่อมต่อและทำงานร่วมกันได้กับอุปกรณ์ที่ใช้เทคโนโลยี Bluetooth อื่น ๆ โดยไม่คำนึงถึงแหล่งฮาร์ดแวร์

การยอมรับและใช้งานอุปกรณ์ได้หลากหลายทำให้ฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่อุดมสมบูรณ์นำเสนอด้วยต้นทุนที่ต่ำลงและเวลาที่รวดเร็วในการออกสู่ตลาดสำหรับการออกแบบที่ต้องการอินเทอร์เฟซแบบไร้สาย นอกจากนี้บลูทู ธ ยังมีวิวัฒนาการอยู่ตลอดหลายปี

ได้ดำเนินการอยู่เสมอในแถบอุตสาหกรรมอุตสาหกรรมวิทยาศาสตร์และการแพทย์ (ISM) ของ 2.4 GHz โดยเริ่มจากการปรับ GFSK ของผู้ให้บริการ 1 MHz 78 รายทำให้มีการส่งผ่านข้อมูล 1 Mbit / s นี่เรียกว่าบลูทู ธ Basic Rate (BR) การเข้ารหัส FHSS แบบปรับตัวช่วยให้สามารถคงที่ต่อหน้า interferers ได้แม้ในขณะที่ IoT มีอุปกรณ์เชื่อมต่อแบบไร้สายมากขึ้น เพื่อให้ได้อัตราข้อมูลที่สูงขึ้น Bluetooth 2.0 + Enhanced Data Rate (EDR) ใช้π / 4-DQPSK (การเปลี่ยนเฟสสี่เหลี่ยม) และ 8DPSK modulation เพื่อให้ได้อัตราของ 2 และ 3 Mbits / s ตามลำดับ

ในขณะที่บลูทู ธ ได้รับการควบคุมอย่างแน่นหนาโดย SIG นักออกแบบจำเป็นต้องศึกษาการเปลี่ยนแปลงที่มาพร้อมกับการแนะนำ Bluetooth 4.0 Core Specification ใน 2010 เรื่องนี้นำเสนอบลูทู ธ พลังงานต่ำ (BLE) ซึ่งเคยเป็นบลูทู ธ สมาร์ท BLE ไม่สามารถเข้ากันได้กับบลูทู ธ คลาสสิกดังนั้นนักออกแบบจึงต้องระมัดระวังในเรื่องนี้

เป้าหมายหลักของ BLE คือพลังงานต่ำ ทำได้โดยการย้ายจากแนวทางการเชื่อมต่อแบบบลูทู ธ คลาสสิกซึ่งอุปกรณ์เชื่อมต่อเสมอไปจนถึงวิธีที่ไม่เชื่อมต่อซึ่งจะเชื่อมต่อเฉพาะเมื่อต้องใช้เป็นระยะ ๆ เท่านั้น การใช้งานเป็นอุปกรณ์สวมใส่ได้เช่นนาฬิกาสมาร์ทและเซนเซอร์สำหรับ IoT

รุ่นล่าสุดของ Bluetooth 5 จะเพิ่มอัตราข้อมูล BLE เป็น 2 Mbits / s จาก 1 Mbit / s และเพิ่มช่วงของการเชื่อมต่อ 128 kbit / s โดย 4x ไปจนถึง 50 m โดยใช้การแก้ไขข้อผิดพลาดในการส่งต่อ (FEC) . อัตราข้อมูลที่สูงขึ้นจะช่วยให้สามารถส่งแพ็คเก็ตได้มากขึ้นสำหรับช่วงเวลาที่กำหนดดังนั้นการใช้พลังงานจะลดลงเนื่องจากอุปกรณ์สามารถอยู่ในโหมดกำลังไฟต่ำหรือไม่ได้ใช้งานเป็นระยะเวลานาน

ช่วงที่ยาวขึ้นช่วยให้นักออกแบบมีความยืดหยุ่นในการลดอัตราข้อมูลสำหรับระยะทางสำหรับอุปกรณ์บลูทู ธ ใด ๆ รวมทั้ง Beacons บีคอนเป็นอุปกรณ์ BLE ที่ขับเคลื่อนด้วยแบตเตอรีซึ่งจะกระจายตัวระบุไปยังอุปกรณ์เคลื่อนที่ในบริเวณใกล้เคียงเพื่อให้อุปกรณ์เหล่านั้นสามารถดำเนินการบางอย่างได้เมื่ออยู่ใกล้กับสัญญาณเตือน เป็นที่นิยมของผู้ลงโฆษณานอกจากนี้ยังช่วยให้สามารถติดตามได้ทั้งภายในและภายนอก

อย่างไรก็ตาม SIG ได้ใช้การปรับแต่งที่น่าสนใจอื่น ๆ ที่นักออกแบบส่วนติดต่อแบบ RF ที่เป็นกรรมสิทธิ์สามารถทำได้เช่นลดอัตราส่วนค่าใช้จ่ายต่อการรับจ่ายเงินโดยต้องส่งข้อมูลน้อยลงเพื่อส่งข้อมูลจำนวนจริงเพื่อลดการใช้พลังงาน

สิ่งที่เริ่มเป็นเทคโนโลยีเปลี่ยนสายอย่างง่ายได้เปลี่ยนไปเป็นสิ่งที่มีประโยชน์มากขึ้น เป็นผลให้นักออกแบบมีมากขึ้นแนวโน้มที่จะมองหาวิธีการแก้ปัญหาบลูทู ธ ที่ง่ายและรวดเร็วมากกว่าไปผ่านค่าใช้จ่ายและค่าใช้จ่ายในการออกแบบอินเตอร์เฟซ RF ของตัวเอง


เริ่มต้นและใช้งานบลูทู ธ
ความชอบนี้เพื่อเลือกใช้อินเทอร์เฟซ Bluetooth จะกลายเป็นสิ่งที่จำเป็นเนื่องจากเวลาในการทำตลาดหน้าต่างแคบลงและงบประมาณในการออกแบบหดตัว โชคดีสำหรับการออกแบบจำนวนมากมีพื้นที่เพียงพอที่จะรองรับโมดูลบลูทู ธ แบบปิดที่หิ้งซึ่งจะช่วยให้ทีมออกแบบสามารถมุ่งเน้นไปที่แอ็พพลิเคชันและความแตกต่างได้


กรรมสิทธิ์กับ Bluetooth จุดหวาน
ระหว่างการออกแบบวิทยุที่เป็นกรรมสิทธิ์แบบกำหนดเองและมาตรฐานบลูทู ธ มีตัวเลือกอีกตัวหนึ่งคือตัวรับส่งวิทยุแบบพกพาซึ่งผู้ออกแบบสามารถพัฒนาโปรโตคอลและรูปแบบการเข้ารหัสของตนเองหรือนำเอาเวอร์ชันที่ไม่ได้ใช้งานเช่น Ant, หรือ ZigBee ด้วยต้นทุนที่ลดลงของซิลิคอนที่มีอยู่และการสนับสนุนซอฟต์แวร์ที่หลากหลายนี่อาจเป็น "จุดเด่น" สำหรับนักออกแบบที่กำลังมองหาความแตกต่างละติจูดสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพและตัวเลือกเพื่อเพิ่มความปลอดภัยทั้งหมดในขณะที่รักษาค่าใช้จ่ายไว้อย่างน้อยและการออกแบบ ตารางเวลาที่สมบูรณ์


สรุป
มีหลายเหตุผลที่จะเลือกเส้นทางการออกแบบ RF ที่เป็นกรรมสิทธิ์หรือวิทยุบลูทู ธ มาตรฐาน แต่ละคนมีที่มาเมื่อต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านการออกแบบและการประยุกต์ใช้ในแง่ของต้นทุนเวลาประสิทธิภาพขนาดความปลอดภัยและปัจจัยอื่น ๆ อีกมากมาย อย่างไรก็ตามสำหรับนักออกแบบที่ต้องการประหยัดค่าใช้จ่ายและช่วยประหยัดเวลาในการใช้ซิลิคอนแบบปิดบังรวมถึงความยืดหยุ่นในการเพิ่มความแตกต่างในระดับหนึ่งด้วยขณะนี้ผู้ขายยังมีแพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์ที่มั่นคงในการสร้าง

ฝากข้อความ 

รายการข้อความ