专有射频与蓝牙的比较

设计人员在人机接口设备（HID）和物联网（IoT）远程传感器等应用中的无线连接方面有很多选择。 需要做出的一个更基本的决定，以及许多设计师仍在努力解决的问题之一，是是否采用基于标准的RF接口，如Wi-Fi，蓝牙或ZigBee，或专有的RF物理层（PHY） ）设计和协议。

选择其中一个的原因很多，但在成本，安全性，功耗，互操作性，设计时间，面对干扰的稳健性，共存，延迟和认证要求方面的相对权衡也是如此。 许多权衡是相互关联的，因此设计人员必须首先确定设计要求，然后进行相应的优化。

本文将讨论在标准蓝牙接口和专有RF协议之间进行选择时要考虑的因素。 然后，它将引入一个蓝牙5模块，然后是一个可以实现专有协议的芯片解决方案，并针对每个如何快速启动和运行提供适当的指导。


专有的RF优缺点
如果设计需要在安全性，低功耗，小尺寸和性能方面进行优化，则专有PHY和协议的情况很强。

从车库门开启器到物联网设备，安全性对于许多应用至关重要。 使用专有无线电，可以通过多种方式解决。 首先，专有设计确保“通过隐蔽性的安全性”，因为不熟悉的RF接口更难以破解。 专有接口也倾向于点对点，或者在不连接到更广泛网络的封闭系统中运行，因此保持隐藏。 最后，专有接口的设计者可以自由地开发自己的高级加密算法或调整已建立的加密算法，而无需与其他制造商的安全算法互操作。 仅仅是与众不同就是安全优势。

在面对来自Wi-Fi网络，微波炉，无绳电话和其他低功率无线网络的干扰时，确保强大的连接，专有无线电设计可能是有利的。 在不受标准束缚的情况下，设计人员可以灵活地使用直接序列扩频（DSSS）和跳频扩频（FHSS）等技术更好地利用频谱。 此外，他们可以根据预期的链路预算采用自己喜欢的编码方案，以获得更高的吞吐量或更低的功耗。

这种灵活性也适用于数据包结构。 如果没有确保与基于标准的无线设备的互操作性所需的分组开销，则可以根据应用的需要简化分组结构。

从硬件设计的角度来看，众所周知的性能要求以及这些要求在以后阶段不会发生变化的保证，使得专有RF接口的设计人员能够针对空间，功耗和性能进行优化。 他们可以再次仅包括满足应用程序需求所需的功能。

虽然专有RF具有许多优点，但必须考虑许多因素。 首先是成本：为了证明定制RF IC设计和相关软件的非经常性工程（NRE）成本，特别是对于低成本设备，预期的容量应该> 100,000。

与成本紧密相关的是设计时间，特别是考虑到RF设计的变幻莫测以及RF专业知识的充分记录，以及开发成功设计所需的固件和软件所花费的时间。

蓝牙广泛采用，始终适应
另一个极端是蓝牙。 最初设计为用于HID和其他纠缠用户的设备的直接点对点电缆替换技术，它很快成为无线音频和设备到设备连接解决方​​案。 受益于蓝牙特别兴趣小组（SIG）的严格控制，蓝牙很容易被理解，设计人员可以确信他们的设备将连接并与其他蓝牙设备互操作，无论硬件来源如何。

广泛采用和可互操作的设备产生了丰富的硬件和软件，为需要无线接口的设计带来了更低的成本和更快的上市时间。 此外，蓝牙已经发展多年。

它始终在2.4 GHz工业，科学和医疗（ISM）频段运行，从其79个1 MHz载波的GFSK调制开始，提供1 Mbit / s的吞吐量。 这称为蓝牙基本费率（BR）。 其自适应FHSS编码方案使其能够在干扰源的情况下继续保持稳健，即使物联网带来了更多无线连接设备。 为了获得更高的数据速率，蓝牙2.0 +增强数据速率（EDR）使用π/ 4-DQPSK（差分正交相移键控）和8DPSK调制，分别达到2和3 Mbits / s的速率。

虽然蓝牙受到SIG的严格控制，但设计人员需要仔细研究在4.0中引入蓝牙2010核心规范所带来的变化。 这引入了蓝牙低功耗（BLE），以前作为蓝牙智能销售。 BLE不能向后兼容蓝牙经典，所以设计师在这里需要小心。

BLE的主要目标是低功耗。 它通过从Bluetooth Classic的面向连接的方法（其中设备始终连接）转变为未连接的方法来实现这一点，其中它们仅在需要短时间间隔时才连接。 这些应用程序是可穿戴设备，如智能手表和物联网传感器。

最新版本蓝牙5将BLE数据速率从2 Mbit / s加倍到1 Mbits / s，并通过使用更强的前向纠错（FEC）将128x的4 kbit / s连接范围扩展到50 m 。 较高的数据速率允许在给定时隙中发送更多分组，因此功耗降低，因为设备可以长时间保持低功率或空闲模式。

较长的范围使设计人员能够更灵活地权衡任何蓝牙设备（包括信标）的距离数据速率。 信标是电池驱动的BLE设备，它们将标识符广播到附近的移动设备，因此这些设备可以在靠近信标时执行某些操作。 受广告商欢迎，它们还可以实现精确的室内和室外跟踪。

然而，SIG实施了另一个有趣的调整，专有RF接口设计人员也可以做到：他们降低了开销与有效负载的比率，需要更少的传输来发送给定数量的“实际”数据，以进一步降低功耗。

最初的简单电缆替代技术已经演变成更有用的东西。 因此，设计人员现在更倾向于寻找快速简便的蓝牙解决方案，而不是花费设计自己的RF接口的成本和费用。


启动并运行蓝牙
随着上市时间缩小，设计预算缩减，这种选择蓝牙接口的倾向变得必然。 幸运的是，对于许多设计而言，有足够的空间容纳现成的蓝牙模块，这将使设计团队能够专注于他们的最终应用和差异化。


专有与蓝牙的甜蜜点
在完全定制的专有无线电设计和标准蓝牙之间，还有另一种选择：现成的无线电收发器，设计人员可围绕这些收发器开发自己的协议和编码方案，或采用现成的版本，如Ant，Thread，或ZigBee。 随着可用硅的成本下降和广泛的软件支持，这可能是寻求差异化，优化的一些自由度和增强安全性的选择的“最佳点”，同时将成本降至最低并设计时间表完好无损。


结论
选择完全专有的RF设计路线或标准蓝牙无线电有很多原因。 在满足成本，时间，性能，尺寸，安全性和许多其他因素方面的设计和应用要求时，每个都有其自己的位置。 然而，对于那些希望获得现成芯片的许多成本和时间节省优势的设计人员，以及增加某种程度的专有差异的灵活性，供应商现在也提供可靠的硬件平台。

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