لدى المصممين العديد من الخيارات عندما يتعلق الأمر بالاتصال اللاسلكي في التطبيقات التي تتراوح من أجهزة واجهة بشرية (HIDs) إلى مستشعرات عن بعد لإنترنت الأشياء (IoT). واحد من أكثر القرارات الأساسية التي يجب اتخاذها ، وهو القرار الذي لا يزال الكثير من المصممين يتصارعون عليه ، هو ما إذا كان يجب استخدام واجهة RF القائمة على المعايير مثل Wi-Fi ، أو Bluetooth ، أو ZigBee ، أو طبقة مادية RF خاصة (PHY) ) التصميم والبروتوكول.

أسباب اختيار واحدة على الأخرى كثيرة ، ولكن كذلك هي المقايضات النسبية من حيث التكلفة ، والأمن ، واستهلاك الطاقة ، وقابلية التشغيل ، وقت التصميم ، المتانة في مواجهة التداخل ، التعايش ، الكمون ، ومتطلبات الاعتماد. العديد من هذه المبادلات مترابطة بحيث يجب على المصممين أولاً تحديد متطلبات التصميم ، ثم تحسينها وفقًا لذلك.

ستناقش هذه المقالة العوامل الواجب مراعاتها عند الاختيار بين واجهة Bluetooth القياسية وبروتوكول RF الخاص. وسيقوم بعد ذلك بإدخال وحدة Bluetooth 5 ، متبوعة بمحلول سيليكون يمكن تطبيق بروتوكول خاص به ، مع إرشادات مناسبة لكل منها حول كيفية التشغيل السريع.

الملكية الفكرية الايجابيات والسلبيات
تعتبر حالة PHY والبروتوكول الخاصين قوية إذا كان التصميم يتطلب تحسينًا في اتجاه الأمان والقوة المنخفضة والصغيرة والأداء.

يعد الأمان أمرًا حاسمًا للعديد من التطبيقات ، بدءًا من أجهزة فتح باب الجراج وحتى أجهزة إنترنت الأشياء. مع أجهزة الراديو الملكية ، يتم تناولها بعدد من الطرق. للبدء ، فإن التصاميم الخاصة تضمن "الأمان من خلال الغموض" ، حيث أن واجهة RF غير المعروفة جيداً هي الأصعب في الاختراق. هناك أيضًا ميل لواجهات الملكية لتكون من نقطة إلى نقطة ، أو العمل في الأنظمة المغلقة التي لا تتصل بالشبكات الأوسع ، وبالتالي تبقى مخفية. وأخيرًا ، يتمتع مصممو السطوح البينية الملكية بحرية تطوير خوارزميات التشفير المتقدمة الخاصة بهم أو تعديل خوارزميات محددة ، دون الحاجة إلى التشغيل المتداخل مع خوارزميات الأمان من الشركات المصنعة الأخرى. مجرد الاختلاف هو في حد ذاته ميزة أمنية.

يمكن أن تكون تصاميم الراديو الاحتكارية مفيدة عندما يتعلق الأمر بضمان اتصال قوي في مواجهة التداخل من شبكات Wi-Fi وأفران الميكروويف والهواتف اللاسلكية وشبكات لاسلكية أخرى منخفضة القدرة. وبدون الارتباط بالمعيار ، يتمتع المصممون بالمرونة للاستفادة بشكل أفضل من الطيف باستخدام تقنيات مثل الطيف المنتشر بالتسلسل المباشر (DSSS) وطيف انتشار قفز التردد (FHSS). بالإضافة إلى ذلك ، يمكنهم اعتماد مخطط الترميز المفضل لديهم استنادًا إلى ميزانية الوصلة المتوقعة للحصول على معدل نقل أعلى أو استهلاك أقل للطاقة.

هذه المرونة تنطبق أيضًا على بنية حزم البيانات. بدون الحاجة إلى حزمة الرزم لضمان قابلية التشغيل البيني مع الأجهزة اللاسلكية القائمة على المعايير ، يمكن تبسيط بنية الرزمة وفقًا لاحتياجات التطبيق.

من وجهة نظر تصميم الأجهزة ، ومتطلبات الأداء المفهومة بشكل جيد وضمان أن هذه المتطلبات لن تتغير في مرحلة لاحقة ، تسمح لمصممي السطح البيني الراديوي الخاص بالتحسين الأمثل للمساحة والطاقة والأداء. يمكنهم القيام بذلك مرة أخرى بما في ذلك فقط تلك الوظائف المطلوبة لتلبية احتياجات التطبيق.

في حين أن RF الملكية لديها العديد من المزايا ، هناك عدد من العوامل التي يجب أخذها في الاعتبار. الأول هو التكلفة: لتبرير تكلفة الهندسة غير المتكررة (NRE) لتصميم IC RF المخصص والبرامج المرتبطة ، خاصة للأجهزة منخفضة التكلفة ، يجب أن يكون الحجم المتوقع> 100,000.

يقترن التكلفة بالتزامن مع وقت التصميم ، لا سيما في ضوء تقلبات تصميم الترددات اللاسلكية وندرة خبرة الترددات الراديوية الموثقة بشكل جيد ، بالإضافة إلى الوقت المستغرق لتطوير البرامج الثابتة والبرمجيات اللازمة لتصميم ناجح.

تعتمد بلوتوث على نطاق واسع ، والتكيف دائما
على الطرف الآخر هو بلوتوث. وقد صُمم هذا الجهاز في الأصل كتقنية بديلة بسيطة لاستبدال الكبلات من أجل أجهزة HID وغيرها من الأجهزة التي كانت تشبه المستخدمين ، وسرعان ما أصبح حل الاتصال اللاسلكي الصوتي والجهاز اللاسلكي. الاستفادة من التحكم الصارم من قبل مجموعة الاهتمامات الخاصة بتقنية البلوتوث (SIG) ، وتقنية البلوتوث مفهومة بشكل جيد ويمكن للمصممين الوثوق في أن أجهزتهم ستتصل وأن تكون قابلة للتشغيل المتبادل مع الأجهزة الأخرى التي تدعم تقنية Bluetooth ، بغض النظر عن مصدر الأجهزة.

وقد نتج عن اعتماد واسع وأجهزة قابلة للتشغيل البيني أجهزة ومعدات برمجية ، مما أدى إلى انخفاض التكلفة ووقت سريع للتسويق للتصميم الذي يتطلب واجهة لاسلكية. بالإضافة إلى ذلك ، تطورت تقنية Bluetooth على مر السنين.

وقد عملت دائمًا في النطاق 2.4 GHz الصناعي والعلمي والطبيعي (ISM) ، بدءًا من تعديل GFSK لوحداتها العاملة على 77 1 MHz ، مما يعطي صعودًا لـ 1 Mbit / s. وهذا ما يسمى معدل بلوتوث الأساسية (BR). يسمح نظام تشفير FHSS التكيفي لها بالاستمرار في الحفاظ على قوتها في مواجهة مصادر التداخل ، حتى عندما تجلب تقنيات IoT المزيد من الأجهزة المتصلة لاسلكيًا. للوصول إلى معدلات بيانات أعلى ، يستخدم Bluetooth 2.0 + معدل البيانات المحسّن (EDR) π / 4-DQPSK (اختلاف تبديل الطور التربيعي التفاضلي) وتعديل 8DPSK ، للوصول إلى معدلات 2 و 3 Mbits / s ، على التوالي.

في حين يتم التحكم بإحكام بواسطة بلوتوث من قبل SIG ، يحتاج المصممون إلى دراسة عن كثب التغييرات التي طرأت مع إدخال مواصفات 4.0 الأساسية للبلوتوث في 2010. وقد أدى هذا إلى توفير طاقة منخفضة بتقنية البلوتوث (BLE) ، تم تسويقها سابقًا باسم Bluetooth Smart. BLE ليس متوافقًا مع Bluetooth Classic ، لذا يحتاج المصممون إلى توخي الحذر هنا.

الهدف الأساسي من BLE هو طاقة منخفضة. ويتم تحقيق ذلك من خلال الانتقال من أسلوب اتصال Bluetooth Classic ، حيث يتم توصيل الأجهزة دائمًا ، إلى نهج غير متصل حيث يتصلون فقط عندما يحتاجون إلى فترات قصيرة. التطبيقات قابلة للارتداء مثل الساعات الذكية وأجهزة الاستشعار لإنترنت الأشياء.

يعمل الإصدار الأحدث ، Bluetooth 5 ، على مضاعفة معدل BLE للبيانات إلى 2 Mbits / s من 1 Mbit / s ، ويزيد نطاق اتصال kbit / s 128 من 4x إلى 50 m باستخدام تصحيح أخطاء إعادة توجيه أقوى (FEC) . يسمح معدل البيانات الأعلى بإرسال المزيد من الحزم لفتحة زمنية معينة ، وبالتالي يتم تقليل استهلاك الطاقة لأن الجهاز يمكن أن يبقى في وضع منخفض الطاقة أو وضع الخمول لفترات طويلة.

يمنح النطاق الأطول للمصممين مزيدًا من المرونة لمقارنة معدل البيانات للمسافة لأي جهاز Bluetooth ، بما في ذلك أجهزة Beacons. تُعد أجهزة الإرشاد أجهزة BLE مدفوعة بالبطاريات التي تبث معرفها إلى أجهزة الجوال المجاورة حتى تتمكن هذه الأجهزة من تنفيذ إجراءات معينة عند الاقتراب من المنارة. هذا بالإضافة إلى كونه شائعًا لدى المعلنين ، حيث يتيح أيضًا التتبع الدقيق داخل المباني وخارجها.

ومع ذلك ، قامت مجموعة SIG بتنفيذ قرص آخر مثير للاهتمام يمكن لمصممي واجهة الترددات اللاسلكية القيام به أيضًا: فقد خفضوا نسبة الحمل إلى الحمولة ، مما يتطلب عددًا أقل من عمليات الإرسال لإرسال كمية معينة من البيانات "الحقيقية" ، لزيادة تقليل استهلاك الطاقة.

لقد تحول ما بدأ كتكنولوجيا بسيطة لاستبدال الكبلات إلى شيء أكثر فائدة. ونتيجة لذلك ، أصبح المصممون الآن أكثر استعدادًا للبحث عن حل بلوتوث سهل وسهل بدلاً من المرور من خلال التكلفة والنفقات الخاصة بتصميم واجهة RF الخاصة بهم.

الاستيقاظ وتشغيله على Bluetooth
ويتحول هذا الميل إلى اختيار واجهة Bluetooth إلى ضرورة نظرًا لتقلص النوافذ التي يتم عرضها في السوق إلى السوق ، كما تتقلص ميزانيات التصميم. لحسن الحظ ، يوجد في العديد من التصميمات مساحة كافية لاستيعاب وحدة Bluetooth جاهزة ، والتي ستسمح لفريق التصميم بالتركيز على تطبيقه النهائي والتمايز.

الملكية مقابل بلوتوث الحلو
بين تصميم راديوي مملوك بالكامل مخصص وبلوتوث قياسي ، هناك خيار آخر: جهاز إرسال واستقبال لاسلكي جاهز يمكن للمصممين من خلاله تطوير بروتوكولاتهم الخاصة وأنظمة التشفير الخاصة بهم ، أو اعتماد إصدارات جاهزة مثل Ant ، Thread ، أو زيجبي. مع انخفاض تكلفة السليكون المتوفر ومجموعة واسعة من دعم البرامج ، قد يكون هذا "البقعة الحلوة" للمصممين الذين يبحثون عن التمايز ، وبعض خطوط العرض للتحسين ، وخيار تعزيز الأمن ، مع الحفاظ على التكاليف إلى الحد الأدنى والتصميم جداول سليمة.

وفي الختام
هناك العديد من الأسباب لاختيار إما مسار تصميم RF بالكامل أو راديو Bluetooth قياسي. لكل منها مكانها عندما يتعلق الأمر بتلبية متطلبات التصميم والتطبيق من حيث التكلفة والوقت والأداء والحجم والأمن والعديد من العوامل الأخرى. ومع ذلك ، فبالنسبة للمصممين الذين يرغبون في الحصول على العديد من مزايا التكلفة والوقت الموفرة للسيليكون الجاهز ، فضلاً عن المرونة لإضافة مستوى معين من التمايز الخاص بالملكية ، يوفر الموردون الآن أيضًا منصات أجهزة صلبة للبناء عليها.

السابق:ما هو التحوير؟ أنواع مختلفة من تقنيات التعديل

التالى:كيف يعمل الترانزستور؟

اترك رسالة

قائمة الرسالة

تحميل التعليقات ...