專有射頻與藍牙的比較

設計人員在人機接口設備（HID）和物聯網（IoT）遠程傳感器等應用中的無線連接方面有很多選擇。 需要做出的一個更基本的決定，以及許多設計師仍在努力解決的問題之一，是是否採用基於標準的RF接口，如Wi-Fi，藍牙或ZigBee，或專有的RF物理層（PHY） ）設計和協議。

選擇其中一個的原因很多，但在成本，安全性，功耗，互操作性，設計時間，面對乾擾的穩健性，共存，延遲和認證要求方面的相對權衡也是如此。 許多權衡是相互關聯的，因此設計人員必須首先確定設計要求，然後進行相應的優化。

本文將討論在標準藍牙接口和專有RF協議之間進行選擇時要考慮的因素。 然後，它將引入一個藍牙5模塊，然後是一個可以實現專有協議的芯片解決方案，並針對每個如何快速啟動和運行提供適當的指導。


專有的RF優缺點
如果設計需要在安全性，低功耗，小尺寸和性能方面進行優化，則專有PHY和協議的情況很強。

從車庫門開啟器到物聯網設備，安全性對於許多應用至關重要。 使用專有無線電，可以通過多種方式解決。 首先，專有設計確保“通過隱蔽性的安全性”，因為不熟悉的RF接口更難以破解。 專有接口也傾向於點對點，或者在不連接到更廣泛網絡的封閉系統中運行，因此保持隱藏。 最後，專有接口的設計者可以自由地開發自己的高級加密算法或調整已建立的加密算法，而無需與其他製造商的安全算法互操作。 僅僅是與眾不同就是安全優勢。

在面對來自Wi-Fi網絡，微波爐，無繩電話和其他低功率無線網絡的干擾時，確保強大的連接，專有無線電設計可能是有利的。 在不受標準束縛的情況下，設計人員可以靈活地使用直接序列擴頻（DSSS）和跳頻擴頻（FHSS）等技術更好地利用頻譜。 此外，他們可以根據預期的鏈路預算採用自己喜歡的編碼方案，以獲得更高的吞吐量或更低的功耗。

這種靈活性也適用於數據包結構。 如果沒有確保與基於標準的無線設備的互操作性所需的分組開銷，則可以根據應用的需要簡化分組結構。

從硬件設計的角度來看，眾所周知的性能要求以及這些要求在以後階段不會發生變化的保證，使得專有RF接口的設計人員能夠針對空間，功耗和性能進行優化。 他們可以再次僅包括滿足應用程序需求所需的功能。

雖然專有RF具有許多優點，但必須考慮許多因素。 首先是成本：為了證明定制RF IC設計和相關軟件的非經常性工程（NRE）成本，特別是對於低成本設備，預期的容量應該> 100,000。

與成本緊密相關的是設計時間，特別是考慮到RF設計的變幻莫測以及RF專業知識的充分記錄，以及開發成功設計所需的固件和軟件所花費的時間。

藍牙廣泛採用，始終適應
另一個極端是藍牙。 最初設計為用於HID和其他糾纏用戶的設備的直接點對點電纜替換技術，它很快成為無線音頻和設備到設備連接解決方案。 受益於藍牙特別興趣小組（SIG）的嚴格控制，藍牙很容易被理解，設計人員可以確信他們的設備將連接並與其他藍牙設備互操作，無論硬件來源如何。

廣泛採用和可互操作的設備產生了豐富的硬件和軟件，為需要無線接口的設計帶來了更低的成本和更快的上市時間。 此外，藍牙已經發展多年。

它始終在2.4 GHz工業，科學和醫療（ISM）頻段運行，從其79個1 MHz載波的GFSK調製開始，提供1 Mbit / s的吞吐量。 這稱為藍牙基本費率（BR）。 其自適應FHSS編碼方案使其能夠在干擾源的情況下繼續保持穩健，即使物聯網帶來了更多無線連接設備。 為了獲得更高的數據速率，藍牙2.0 +增強數據速率（EDR）使用π/ 4-DQPSK（差分正交相移鍵控）和8DPSK調製，分別達到2和3 Mbits / s的速率。

雖然藍牙受到SIG的嚴格控制，但設計人員需要仔細研究在4.0中引入藍牙2010核心規範所帶來的變化。 這引入了藍牙低功耗（BLE），以前作為藍牙智能銷售。 BLE不能向後兼容藍牙經典，所以設計師在這裡需要小心。

BLE的主要目標是低功耗。 它通過從Bluetooth Classic的面向連接的方法（其中設備始終連接）轉變為未連接的方法來實現這一點，其中它們僅在需要短時間間隔時才連接。 這些應用程序是可穿戴設備，如智能手錶和物聯網傳感器。

最新版本藍牙5將BLE數據速率從2 Mbit / s加倍到1 Mbits / s，並通過使用更強的前向糾錯（FEC）將128x的4 kbit / s連接範圍擴展到50 m 。 較高的數據速率允許在給定時隙中發送更多分組，因此功耗降低，因為設備可以長時間保持低功率或空閒模式。

較長的範圍使設計人員能夠更靈活地權衡任何藍牙設備（包括信標）的距離數據速率。 信標是電池驅動的BLE設備，它們將標識符廣播到附近的移動設備，因此這些設備可以在靠近信標時執行某些操作。 受廣告商歡迎，它們還可以實現精確的室內和室外跟踪。

然而，SIG實施了另一個有趣的調整，專有RF接口設計人員也可以做到：他們降低了開銷與有效負載的比率，需要更少的傳輸來發送給定數量的“實際”數據，以進一步降低功耗。

最初的簡單電纜替代技術已經演變成更有用的東西。 因此，設計人員現在更傾向於尋找快速簡便的藍牙解決方案，而不是花費設計自己的RF接口的成本和費用。


啟動並運行藍牙
隨著上市時間縮小，設計預算縮減，這種選擇藍牙接口的傾向變得必然。 幸運的是，對於許多設計而言，有足夠的空間容納現成的藍牙模塊，這將使設計團隊能夠專注於他們的最終應用和差異化。


專有與藍牙的甜蜜點
在完全定制的專有無線電設計和標準藍牙之間，還有另一種選擇：現成的無線電收發器，設計人員可圍繞這些收發器開發自己的協議和編碼方案，或採用現成的版本，如Ant，Thread，或ZigBee。 隨著可用矽的成本下降和廣泛的軟件支持，這可能是尋求差異化，優化的一些自由度和增強安全性的選擇的“最佳點”，同時將成本降至最低並設計時間表完好無損。


結論
選擇完全專有的RF設計路線或標準藍牙無線電有很多原因。 在滿足成本，時間，性能，尺寸，安全性和許多其他因素方面的設計和應用要求時，每個都有其自己的位置。 然而，對於那些希望獲得現成芯片的許多成本和時間節省優勢的設計人員，以及增加某種程度的專有差異的靈活性，供應商現在也提供可靠的硬件平台。

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