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將低功耗進行到底,Dialog給IoT連接帶來更多可能

2020-05-17
作者:王潔
來源:電子技術應用

從1997年IEEE公布第一代802.11標準到第五代Wi-Fi 802.11 ac(Wi-Fi5)的普及,再到802.11ax(Wi-Fi6)的出現,Wi-Fi的連接性能不斷升級,成為人們生活中布局最為廣泛的連接方式。隨著物聯網市場的增長,特別是在智能家居應用領域,藍牙和ZigBee以低功耗優勢成為大量采用的連接方式。高度集成電池管理、AC/DC電源轉換、Wi-Fi、低功耗藍牙(BLE)和工業IC供應商Dialog半導體公司近些年也陸續推出了多款面向消費領域的BLE SoC,并且在世界各地的主要制造廠商中得到了廣泛采用,例如小米手環中的BLE芯片。

Wi-Fi 沒辦法完全覆蓋所有的應用,根本原因在于Wi-Fi本身最致命的弱點——功耗的問題。Dialog的低功耗SoC策略這次拓展到Wi-Fi陣營,于日前宣布正式推出高度集成、超低功耗的Wi-Fi網絡SoC芯片DA16200芯片,以及DA16200模塊和DA16600(Wi-Fi + BLE二合一)模塊,有望徹底克服Wi-Fi連接的功耗問題,為Wi-Fi聯網、電池供電的IoT設備提供突破性電池續航能力。

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克服Wi-Fi功耗弱點

“Wi-Fi 剛開始出現的時候,很多應用產品不是以電池供電的。但是現在很多聯網的產品都是要用電池的,真正的無線化的時代已經來臨。這樣的情況之下,以前的Wi-Fi雖然是無線聯網,但是為了聯網,還有個電源線,就像尾巴一樣,不是真正的無線化。另外有些地方很難把電線拉進來,不得不用電池,這時要用Wi-Fi也有困難?!盌ialog 半導體公司連接和音頻業務部產品營銷總監崔南岫分析:“這種產品現在都采用ZigBee或藍牙等其他技術方案,但是這些方案沒辦法直接聯網,主要的網關是AP(無線接入點)的情況下,如果要聯網,就必須加入網關等其他設備,造成成本的上升?!?/p>

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崔南岫認為,Dialog DA16200芯片的推出可以解決Wi-Fi連接的根本弱點,滿足智能門鎖、攝像頭、溫控器及溫濕度傳感器等典型應用對低功耗的要求。

Wi-Fi安防監控攝像頭,其大容量的數據傳輸需要寬頻的聯網工具,最好的就是Wi-Fi。據崔南岫介紹,經過測試,在10 MB的HD高清視頻、一天5次使用的情況下,4000 mAh的電池可以持續使用一年以上。

智能門鎖之前通常是用BLE+AP上的網關,或者ZigBee+網關的方式。采用Wi-Fi 產品的情況下,智能門鎖聯網時直接用家里的AP就可以了。測試表明,在每天開關20次的情況下,4個5號AA干電池可以使用1年以上。

溫控器方面,DA16200功耗可以做到和藍牙接近,在使用30次/天的情況下,可以保證3年以上電池續航能力。

溫/濕度傳感器應用方面,在使用1440次/天,也就是每分鐘采集一次的情況下,使用兩個7號AAA干電池,可實現4年以上的電池續航能力。

智能手表和手環方面,如今功能越來越復雜,要處理的數據也越來越大,系統的升級必不可少。采用藍牙的方式需要花費較多的時間進行數據傳輸和系統升級,低功耗Wi-Fi芯片更為合適。目前Dialog已經和一些客戶在進行相關產品的開發。

低功耗的同時性能不打折

DA16200是Dialog專門針對使用電池供電的產品而開發的,能做的超低功耗是因為其最新的專利技術VirtualZero?!癡irtualZero意為保持聯網的情況之下,功耗幾乎為0的意思,當然不是絕對的0,而是保持聯網的情況之下,功耗非常低?!贝弈厢督榻B,“保持聯網意味著可以隨時對它進行控制,將收集的數據傳輸過來,也可以讓它做一些其他的工作?!?/p>

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在睡眠模式3的情況下,DA16200還能保持網絡連接、加載網絡證書并保持網絡在線。

如果犧牲掉Wi-Fi的一些功能或者規范來實現超低功耗,那并不是真正意義上的超低功耗。崔南岫介紹:“DA16200是完全集成的Wi-Fi SoC芯片,里面包括CPU、SRAM,完全滿足Wi-Fi的整個規范,包括射頻的靈敏度、傳達的距離長度等,甚至和市面上一般的Wi-Fi 相比,我們的靈敏度和傳達距離更有優勢。同時,還可以做到其他芯片做不到的超低功耗?!?/p>

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高度集成的DA16200自主運行整個Wi-Fi系統、安全和網絡協議棧,無需外部的網絡處理器、CPU或微控制器。它包含一個802.11b/g/n無線電(PHY)、基帶處理器、MAC、片上內存、專用加密引擎和ARM? Cortex?-M4F主機網絡應用處理器,這些全部集成在單片硅芯片上。

為了實現更寬的覆蓋范圍,并且不犧牲電池續航能力,DA16200還集成了一個功率放大器(PA)和低噪聲放大器(LNA),為用戶提供了行業領先的輸出功率和接收器靈敏度。

此外,DA16200符合WPA/2/3個人和企業級加密標準,并具有TLS和HTTPs上層安全。崔南岫介紹:“Wi-Fi 本身的安全性相比其他的方案已經很高了,而DA16200芯片又包含了加密模塊在里面。因此,它可以做到安全啟動、安全調試、安全存儲?!?/p>

兩款模塊應對不同需求

考慮到市場上的很多客戶為了生產的方便性需要模塊產品,Dialog也推出了兩款基于DA16200的模塊產品:DA16200模塊和DA16600模塊。除了DA16200芯片以外,還集成了內存、RF器件、晶振、濾波器、天線等,可以直接使用。這兩款模塊均經過全面認證,可全球范圍使用,認證包括FCC、IC、CE、Telec、Korea和SRRC。此外,該SoC芯片和兩款模塊都經過Wi-Fi CERTIFIED? 認證,可實現互聯互通。

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DA16600是一款Wi-Fi +BLE的組合模塊,是DA16200芯片和低功耗藍牙芯片DA14531組合在一起的“二合一模塊”。崔南岫表示,DA16200 的模塊是單純超低功耗的 Wi-Fi 模塊,成本較低,DA16600 成本較高,如果用戶的設計通過 Wi-Fi 單獨可以完成,那么采用 DA16200 即可;如果不存在成本問題,DA16600提供給用戶更多的選擇,可以讓用戶使用更加方便。

Wi-Fi 和 BLE 的組合實際上是存在一些技術上的門檻的,相當于是兩個RF共存,Wi-Fi 的功耗特別大,帶來的噪聲對BLE 信號也會造成很大的影響。崔南岫表示,Dialog擁有非常專業的技術能力,實現了Wi-Fi 和 BLE 共存的方案,目前軟件和硬件的整套方案都已經做出來了,可以讓客戶用得更方便,也更簡單。

目前,NB-IoT、ZigBee、藍牙、Wi-Fi,甚至是如今發展迅速的5G,在物聯網應用中,這些連接技術自然而然會找到自己的位置,性價比、功能都是重要的考量因素。另外,基礎設施對于應用來說也是一個很大的挑戰,而Wi-Fi廣泛覆蓋,通過Wi-Fi來實現生活上的物聯網是一個既方便又省錢的方案。以往限制其應用領域進一步拓展的弊端就在于功耗太大,而如今Dialog新推出的DA16200芯片可以克服Wi-Fi的致命弱點,未來IoT上Wi-Fi自然前景可期,這也正是Dialog開發超低功耗Wi-Fi SoC的初衷。


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