低功耗藍牙和專(zhuān)有射頻技術(shù)在HID的應用

隨著(zhù)各種無(wú)線(xiàn)技術(shù)的不斷增加，更復雜的集成了無(wú)線(xiàn)技術(shù)的人機接口設備(HID)來(lái)到市場(chǎng)上 (無(wú)線(xiàn)鍵盤(pán)，無(wú)線(xiàn)鼠標，等等)。盡管無(wú)線(xiàn)標準體現出了其優(yōu)勢，但他們也帶來(lái)了設計的復雜性和其應用增加的不必要開(kāi)銷(xiāo)，這導致系統成本提高了。另一方面，專(zhuān)有協(xié)議使開(kāi)發(fā)者在定制應用方面更靈活，開(kāi)發(fā)步驟更簡(jiǎn)潔。這篇文章就HID市場(chǎng)上的低功率藍牙技術(shù)和專(zhuān)有協(xié)議進(jìn)行了比較。

選擇PC HID射頻的關(guān)鍵是成本，功耗，可靠性(安全)，速度(吞吐量)，和易于設計。一般來(lái)說(shuō)，市場(chǎng)上標準協(xié)議比專(zhuān)有協(xié)議更具有競爭力，這是由于其設備之間的互通性。然而，直到2009年，在PC HID方面，只有專(zhuān)有協(xié)議占據了市場(chǎng)。這主要歸因于沒(méi)有任何無(wú)線(xiàn)標準對PC HID市場(chǎng)來(lái)說(shuō)在成本、功耗和效率方面是最優(yōu)的。

先看一下低功率藍牙技術(shù)，它是針對低功率應用和PC HID市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的?；舅俣?BR)和低功率(LE)藍牙都支持設備發(fā)現、連接建立和連接機制。低功率藍牙還可以進(jìn)行特色設計，可以設計出比BR藍牙更低功耗，更低復雜性，以及更低成本的產(chǎn)品。

成本

無(wú)線(xiàn)HID市場(chǎng)對價(jià)格要求是相當嚴格的，MCU擔任了射頻基帶控制器，需要有足夠的閃存來(lái)保存無(wú)線(xiàn)協(xié)議棧。因為低功率藍牙是一個(gè)標準，其堆疊代碼大小遠比專(zhuān)有協(xié)議大得多，從而要求更大的閃存，這會(huì )致使成本增加。無(wú)線(xiàn)HID市場(chǎng)一直被專(zhuān)有協(xié)議占有，因為他們協(xié)議棧小。

然而，專(zhuān)有網(wǎng)絡(luò )需要外部的橋連接到PC 或主機，以便他們可以和網(wǎng)絡(luò )中的其他設備通話(huà)。藍牙技術(shù)在大部分的個(gè)人電腦和手機中比較常見(jiàn)，這些設備會(huì )有一個(gè)完整的雙模式藍牙橋 (BR和LE)，以后將不需要外部的橋。

功耗

和基本速率藍牙不同，低功率藍牙是一種“always-off”技術(shù)規范，在一個(gè)最大3 ms的數據傳輸應用中，一般不會(huì )超過(guò)20mA的峰值電流，在紐扣電池應用中不會(huì )超過(guò)15mA。這使得小型設備(例如手表和運動(dòng)傳感器)可以使用一個(gè)小紐扣電池就可以實(shí)現多年的電池壽命。然而，支持藍牙和低功率藍牙的雙模實(shí)現，將共享現有藍牙的物理收發(fā)器件和天線(xiàn)，由于要遵循標準的藍牙技術(shù)，所以要保持同樣的功率消耗。

由于功率消耗比較是有挑戰性的，所以專(zhuān)有射頻芯片制造商通常在datasheet上不披露功耗。因此開(kāi)發(fā)人員必須使用實(shí)驗板的設置和他們各自的固件測試環(huán)境來(lái)獲得自己想要的功率消耗數據。

可靠性和安全性

在2.4GHz干擾的魯棒性，是指能夠可靠地與802.11b/g，藍牙，WirelessUSB，以及一系列的無(wú)繩電話(huà)和微波爐共存。一些專(zhuān)用的射頻器件例如CYRF6936可以使用直接序列擴頻(DSSS)和跳頻擴頻(FHSS)傳輸，低功率藍牙只采用了跳頻技術(shù)，這和所有版本的藍牙技術(shù)相同。DSSS可以確保數據的魯棒性，一旦干擾太大了FHSS允許無(wú)線(xiàn)電信號馬上跳到一個(gè)新頻道。不支持DSSS也是藍牙相對于專(zhuān)有協(xié)議一個(gè)缺點(diǎn)，因為專(zhuān)有射頻可以并存在噪聲環(huán)境中，不必非得跳到一個(gè)比較安靜的頻道。低功率藍牙提供完整的AES-128加密技術(shù)，可以對數據包進(jìn)行強好的加密和驗證。與此同時(shí)，這消耗了大量的數據包。為了確保系統的穩定和可靠，開(kāi)發(fā)人員要根據設備的硬件能力和應用要求的安全級別來(lái)選擇現有的專(zhuān)有協(xié)議還是標準協(xié)議(如藍牙)。對于某些應用場(chǎng)合，如無(wú)線(xiàn)鼠標，安全不是必需的。

速度/吞吐量

低功率藍牙支持1Mbps的數據速率，這足以滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)HID的應用。然而，由于額外的開(kāi)銷(xiāo)，實(shí)際吞吐量?jì)H僅是256kbps。專(zhuān)有協(xié)議只有較低的數據包消耗，這就可以支持更高的吞吐量。對于需要更高的有效吞吐量應用，低功率藍牙就不如專(zhuān)有標準了。

認證

對于任何藍牙兼容設備來(lái)說(shuō)認證都是必需的，并且要預先得到藍牙技術(shù)知識產(chǎn)權許可。認證過(guò)程增加了產(chǎn)品的設計周期，同時(shí)增加了成本和潛在的量產(chǎn)延遲。在使用專(zhuān)有協(xié)議的情況下，許多廠(chǎng)商都提供了自己的認證規范，這方面幾乎是免費的，所以產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員可以在自己的終端評估協(xié)議，開(kāi)發(fā)費用和時(shí)間都可以減到最小。

應用

使用專(zhuān)有射頻，任何應用都可以很容易地修改協(xié)議。使用這種方法，可以通過(guò)改變輸出功率水平，應用就可以修改來(lái)適應環(huán)境，工作在具有更好魯棒性的通訊方式下，或可以移動(dòng)到一個(gè)比較安靜的環(huán)境來(lái)通訊。

在市場(chǎng)遍布窄帶，本地，專(zhuān)有技術(shù)等連接解決方案的情況下，低功率藍牙技術(shù)本身有其不同之處:

*易實(shí)現和多廠(chǎng)商的互通性

*超低的峰值電流，平均功耗和空閑模式功耗

*低成本集成

*電源處理

*接口阻抗

雖然低功率藍牙對于很多種應用都看起來(lái)像一種不錯的技術(shù)，但是在HID應用采用這個(gè)技術(shù)之前，有一些存在的問(wèn)題需要行業(yè)解決。當然，它不需要外部的橋，這是它的優(yōu)點(diǎn)。但是，當電子行業(yè)準備集成雙模式藍牙收發(fā)時(shí)就會(huì )遇到問(wèn)題。把雙模式/單模式收發(fā)集成到host，也同樣會(huì )產(chǎn)生藍牙技術(shù)和WiFi、WiMax、典型藍牙設備、以及其他2.4 GHz技術(shù)共處的問(wèn)題，。這對開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)可能是一個(gè)巨大的挑戰，除非有了這樣的芯片，暫時(shí)的解決辦法就是用一個(gè)外部橋和pc一起工作。由于低功率藍牙仍是在開(kāi)發(fā)階段，所有應用輪廓都還沒(méi)有最終確定，這將在相當長(cháng)的時(shí)間內影響低功率藍牙應用到無(wú)線(xiàn)HID領(lǐng)域。

雖然藍牙技術(shù)是一個(gè)標準的協(xié)議，但它在綁定方法上的缺點(diǎn)也是不可避免的。例如，假設一個(gè)教室環(huán)境，這里有許多學(xué)生都使用藍牙鼠標，并且所有人都試圖讓他們的鼠標同時(shí)綁定在各自的pc機上。這時(shí)候可能發(fā)生交叉捆綁的情況，一只鼠標跟別的電腦捆綁了，而不是在應該捆綁的那個(gè)。那些專(zhuān)有協(xié)議例如賽普拉斯半導體的方案就會(huì )避免這些問(wèn)題，可以使用KISS (Keep It Simple Solutio)綁定，廠(chǎng)商綁定，和自動(dòng)綁定技術(shù)。如果開(kāi)發(fā)人員試圖使用低功率藍牙用到這類(lèi)HID應用的話(huà)，他們需要自己實(shí)現類(lèi)似的綁定方法。

就像任何其他產(chǎn)品一樣，適應應用是成功的關(guān)鍵。低功率藍牙具備低成本、低能耗的特點(diǎn)，似乎在無(wú)線(xiàn)HID市場(chǎng)是一個(gè)好的方案。然而，當低功率藍牙吸引許多公司進(jìn)入無(wú)線(xiàn)HID市場(chǎng)的同時(shí)，它又不可能成功，除非它實(shí)現了并且超過(guò)了專(zhuān)有協(xié)議早在十年前就已經(jīng)成功實(shí)現了的特性。