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畅谈超低功耗射频技术的未来

上网日期: 2013年03月28日 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:2.4GHz? 无线传感器网络? 蓝牙技术?

虽说交货量每星期有几千万片,但在全球流行的2.4GHzISM频段短距离低功耗射频技术市场(例如Wi–Fi,蓝牙,ZigBee以及各公司的专有解决方案)还远远没有成熟。在未来的几年里,将会出现许多令人鼓舞的进展,而无线连接将渗透到我们生活的各个方面。

尤其是在超低功率(ULP)无线应用系统中,它使用纽扣电池来供电的微型射频收发器,唤醒来后迅速发送“脉冲”数据,然后回到毫微安级的“睡眠”状态,这很可能会大幅度地增加。例如,根据ABI研究公司分析指出:在2010年,无线传感器网络(WSN)芯片市场增长了百分之三百。该公司还预测:在2016年,使用蓝牙低耗能芯片的医疗保健和个人健身设备交货量不会低于4.67亿件。

可以在嵌入式电子电路的任何便携式电子产品或设备(从微小的医疗传感器和健身传感器,到移动电话、电脑、机床、汽车,几乎它们之间的一切东西),都可以把超低功耗无线连接加进去。利用微小的超低功耗收发器,这些电子产品或设备能够与数千其他设备直接通信,或者作为网络的一部分进行通信,明显地提高电子产品的实用性。

然而,对于大多数工程师而言,射频设计仍然难以掌握。虽然射频设计不是一件小事,但是,在芯片供应商和相当好的开发工具的帮助下,它并没有超出一位有能力的工程师的设计技能。因此,在本文中,我将揭开超低功耗无线技术的面纱,介绍芯片,并且探讨如何以及在什么地方使用这些芯片。

超低功耗无线技术简介

超低功耗无线技术和蓝牙技术(现在称为经典蓝牙,以区别于最近发布的4.0版蓝牙,其中包括超低功耗的蓝牙低耗能技术)这些短距离低功耗射频技术的区别在于,它需要的功率明显地少很多。这样,把无线连接用到在最小最紧凑的便携式电子设备中的机会,就极大地增大了。

经典蓝牙需要的功率比较多,即使是传送适量的用户数据,因此几乎只能使用可充电电池。它需要的功率较高,对于的低带宽、长寿命的应用而言,那么就意味着传统蓝牙并不是一个很好的无线解决方案(它主要是在可以方便地对电池经常充电的时候用于大量传送数据)。

典型的蓝牙技术已经用于在移动电话和耳机之间的无线连接,或者把相机中的数字图像传送到蓝牙打印机。因此使用典型蓝牙的无线设备,它的电池寿命通常是几天,最多是几星期(注:有一些高度专业化的典型蓝牙应用系统,可以用容量较低的原电池供电)。

相比之下,超低功耗射频收发器可以用纽扣电池(例如CR2032或者CR2025)供电,工作几个月甚至几年(取决于应用系统的占空比),假定消耗的额定平均电流仅200μA。这些纽扣电池很小,价格便宜,但是能量有限,一般在90至240mAh的范围(一节AA电池的容量是纽扣电池的10倍至12倍)。

这个容量属于中等,明显地限制了超低功耗无线链路激活的占空比。例如,一节220mAh的CR2032纽扣电池,如果要它持续工作一年,那么它的最大额定电流(或放电率)只能维持在25μA(220mAh /(24小时x 365天))。

超低功耗射频技术的峰值电流为几十毫安,例如,Nordic半导体的nRF24LE1 2.4GHz收发器在发射时消耗电流11.1毫安(在输出功率为0dBm时),在接收时消耗电流13.3毫安(工作在2Mbps时)。如果在较长时间内的平均电流被限制在几十微安,占空比必须很低(大约百分之0.25),而且芯片要很快回到睡眠模式,在大部分时间里只消耗几毫微安电流。

下一页:各种不同用途


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