低功耗藍牙和專有射頻技術在HID的應用

隨著各種無線技術的不斷增加，更復雜的集成了無線技術的人機接口設備(HID)來到市場上 (無線鍵盤，無線鼠標，等等)。盡管無線標準體現(xiàn)出了其優(yōu)勢，但他們也帶來了設計的復雜性和其應用增加的不必要開銷，這導致系統(tǒng)成本提高了。另一方面，專有協(xié)議使開發(fā)者在定制應用方面更靈活，開發(fā)步驟更簡潔。這篇文章就HID市場上的低功率藍牙技術和專有協(xié)議進行了比較。

選擇PC HID射頻的關鍵是成本，功耗，可靠性(安全)，速度(吞吐量)，和易于設計。一般來說，市場上標準協(xié)議比專有協(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，只有專有協(xié)議占據(jù)了市場。這主要歸因于沒有任何無線標準對PC HID市場來說在成本、功耗和效率方面是最優(yōu)的。

先看一下低功率藍牙技術，它是針對低功率應用和PC HID市場開發(fā)的?；舅俣?BR)和低功率(LE)藍牙都支持設備發(fā)現(xiàn)、連接建立和連接機制。低功率藍牙還可以進行特色設計，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

無線HID市場對價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保存無線協(xié)議棧。因為低功率藍牙是一個標準，其堆疊代碼大小遠比專有協(xié)議大得多，從而要求更大的閃存，這會致使成本增加。無線HID市場一直被專有協(xié)議占有，因為他們協(xié)議棧小。

然而，專有網(wǎng)絡需要外部的橋連接到PC 或主機，以便他們可以和網(wǎng)絡中的其他設備通話。藍牙技術在大部分的個人電腦和手機中比較常見，這些設備會有一個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”技術規(guī)范，在一個最大3 ms的數(shù)據(jù)傳輸應用中，一般不會超過20mA的峰值電流，在紐扣電池應用中不會超過15mA。這使得小型設備(例如手表和運動傳感器)可以使用一個小紐扣電池就可以實現(xiàn)多年的電池壽命。然而，支持藍牙和低功率藍牙的雙模實現(xiàn)，將共享現(xiàn)有藍牙的物理收發(fā)器件和天線，由于要遵循標準的藍牙技術，所以要保持同樣的功率消耗。

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

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，以及一系列的無繩電話和微波爐共存。一些專用的射頻器件例如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，這和所有版本的藍牙技術相同。DSSS可以確保數(shù)據(jù)的魯棒性，一旦干擾太大了FHSS允許無線電信號馬上跳到一個新頻道。不支持DSSS也是藍牙相對于專有協(xié)議一個缺點，因為專有射頻可以并存在噪聲環(huán)境中，不必非得跳到一個比較安靜的頻道。低功率藍牙提供完整的AES-128加密技術，可以對數(shù)據(jù)包進行強好的加密和驗證。與此同時，這消耗了大量的數(shù)據(jù)包。為了確保系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠，開發(fā)人員要根據(jù)設備的硬件能力和應用要求的安全級別來選擇現(xiàn)有的專有協(xié)議還是標準協(xié)議(如藍牙)。對于某些應用場合，如無線鼠標，安全不是必需的。

速度/吞吐量

低功率藍牙支持1Mbps的數(shù)據(jù)速率，這足以滿足無線HID的應用。然而，由于額外的開銷，實際吞吐量僅僅是256kbps。專有協(xié)議只有較低的數(shù)據(jù)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有標準了。

認證

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

應用

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

在市場遍布窄帶，本地，專有技術等連接解決方案的情況下，低功率藍牙技術本身有其不同之處:

*易實現(xiàn)和多廠商的互通性

*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像一種不錯的技術，但是在HID應用采用這個技術之前，有一些存在的問題需要行業(yè)解決。當然，它不需要外部的橋，這是它的優(yōu)點。但是，當電子行業(yè)準備集成雙模式藍牙收發(fā)時就會遇到問題。把雙模式/單模式收發(fā)集成到host，也同樣會產(chǎn)生藍牙技術和WiFi、WiMax、典型藍牙設備、以及其他2.4 GHz技術共處的問題，。這對開發(fā)人員來說可能是一個巨大的挑戰(zhàn)，除非有了這樣的芯片，暫時的解決辦法就是用一個外部橋和pc一起工作。由于低功率藍牙仍是在開發(fā)階段，所有應用輪廓都還沒有最終確定，這將在相當長的時間內影響低功率藍牙應用到無線HID領域。

雖然藍牙技術是一個標準的協(xié)議，但它在綁定方法上的缺點也是不可避免的。例如，假設一個教室環(huán)境，這里有許多學生都使用藍牙鼠標，并且所有人都試圖讓他們的鼠標同時綁定在各自的pc機上。這時候可能發(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。那些專有協(xié)議例如賽普拉斯半導體的方案就會避免這些問題，可以使用KISS (Keep It Simple Solutio)綁定，廠商綁定，和自動綁定技術。如果開發(fā)人員試圖使用低功率藍牙用到這類HID應用的話，他們需要自己實現(xiàn)類似的綁定方法。

就像任何其他產(chǎn)品一樣，適應應用是成功的關鍵。低功率藍牙具備低成本、低能耗的特點，似乎在無線HID市場是一個好的方案。然而，當?shù)凸β仕{牙吸引許多公司進入無線HID市場的同時，它又不可能成功，除非它實現(xiàn)了并且超過了專有協(xié)議早在十年前就已經(jīng)成功實現(xiàn)了的特性。