低功耗Wi-Fi有望成為家庭電池供電產(chǎn)品的聯(lián)網(wǎng)主流

Wi-Fi 已有20多年的歷史，優(yōu)點(diǎn)是已經(jīng)非常廣泛地普及到生活中，比其他無(wú)線連接的布局都要廣泛。但是自從Wi-Fi 技術(shù)出來(lái)之后，陸陸續(xù)續(xù)地，一些新的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也出現(xiàn)了，例如低功耗藍(lán)牙（BLE）、ZigBee、NB-IoT等，主要原因之一是Wi-Fi的功耗較高，不太適合電池供電的產(chǎn)品。

為了解決Wi-Fi的功耗瓶頸，多年來(lái)，很多芯片公司前赴后繼，推出了很多低功耗Wi-Fi產(chǎn)品，但是因?yàn)楦鞣N各樣的原因，在市場(chǎng)速都不夠成功。

近日，Dialog半導(dǎo)體公司宣布推出了顛覆性的低功耗芯片及模塊，為此，電子產(chǎn)品世界等媒體視頻連線了正在韓國(guó)的Dialog連接和音頻市場(chǎng)部市場(chǎng)營(yíng)銷總監(jiān)崔南岫先生。

Dialog半導(dǎo)體公司 連接和音頻市場(chǎng)部 市場(chǎng)營(yíng)銷總監(jiān) 崔南岫

1 低功耗Wi-Fi的目標(biāo)應(yīng)用場(chǎng)景

Dialog在業(yè)界率先推出了真正低功耗的Wi-Fi芯片及模塊，主要滿足兩個(gè)電池應(yīng)用場(chǎng)景：需要“一直保持聯(lián)網(wǎng)”；或消費(fèi)者認(rèn)為花幾秒來(lái)聯(lián)網(wǎng)下載數(shù)據(jù)太麻煩。例如如下幾類應(yīng)用。

如果采用Dialog的無(wú)線Wi-Fi方案，可實(shí)現(xiàn)如下的效果。

●   智能門(mén)鎖。除了聯(lián)網(wǎng)部分外，門(mén)鎖里的馬達(dá)等其他產(chǎn)品的功耗也很大。為了做智能門(mén)鎖的聯(lián)網(wǎng)，如果用一般的Wi-Fi，不到1個(gè)月就需要換電池或者做其他的操作。采用Dialog的方案，門(mén)鎖每天開(kāi)關(guān)20次的情況之下，4個(gè)5號(hào)(AA)干電池可以用到1年以上的時(shí)間。Dialog測(cè)試的實(shí)際數(shù)據(jù)是能持續(xù)使用14個(gè)月。這非常有突破性的變化。

●   安防監(jiān)控?cái)z像頭。如果10 MB的HD（高清）視頻，在每天5次使用的情況下，4000 mAh的電池可以持續(xù)用到1年以上的時(shí)間。

●   溫控器。若一天使用30次，可以有3年以上的電池續(xù)航能力。

●   溫/濕度傳感器。使用1440次/天，即每分鐘采集1次，使用2個(gè)7號(hào)(AAA)干電池，可實(shí)現(xiàn)4年以上的電池續(xù)航能力。

那么，Dialog的低功耗Wi-Fi芯片及模塊為何有如此強(qiáng)大的功能？

2 Dialog的低功耗Wi-Fi 方案

Dialog半導(dǎo)體公司此次發(fā)布的新產(chǎn)品有兩類：

①低功耗的Wi-Fi SoC芯片DA16200（如下圖）。

②兩款模塊：基于DA16200芯片的同名模塊；集成低功耗Wi-Fi和BLE的雙芯片模塊DA16600。

2.1 DA16200芯片

DA16200芯片采用的工藝是40 nm，8英寸晶圓。主要特點(diǎn)有三：

①在保持聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)下，可以做到其他芯片達(dá)不到的低功耗。

②完全符合Wi-Fi規(guī)定的規(guī)范，且不是一個(gè)單獨(dú)承擔(dān)射頻的芯片，里面還有CPU、Wi-Fi 協(xié)議等。

③高安全性。

詳細(xì)解釋及更多特點(diǎn)解釋如下。

1）低功耗

DA16200的低功耗專利技術(shù)叫VirtualZero?。

具體地，表現(xiàn)在睡眠狀態(tài)的管理。如下圖，在“睡眠模式3”的“保持網(wǎng)絡(luò)的連接下”，也加載網(wǎng)絡(luò)證書(shū)和保持網(wǎng)絡(luò)在線，應(yīng)用、AP和云平臺(tái)三方一直能保持連接。Wi-Fi的特點(diǎn)是如果沒(méi)有工作，沒(méi)有給AP一個(gè)信號(hào)“我是活著的”，會(huì)把它踢掉。但是DA16200解決方案里不會(huì)讓它踢出去，能一直保持在線的連接，而且可以做到非常低的功耗（如下圖）。

除了睡眠模式的改進(jìn)，還有射頻部分的改進(jìn)。

所以，經(jīng)Dialog的檢測(cè)，新的DA16200在發(fā)射/接收信號(hào)時(shí)，以及聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)時(shí)，比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手芯片的低功耗做到的程度差距很大。

2）是完全集成的Wi-Fi SoC芯片

該芯片里有CPU、SRAM（如下圖），而且完全滿足了Wi-Fi 的整個(gè)規(guī)范，包括射頻的靈敏度、傳輸?shù)木嚯x等，甚至和市面上一般的Wi-Fi 相比，Dialog的靈敏度和傳輸距離更有優(yōu)勢(shì)。

3）安全性方面，Wi-Fi 本身的安全性跟其他的無(wú)線方案相比其實(shí)已經(jīng)很高了。此外，DA16200芯片里有加密模塊，所以可以做到安全啟動(dòng)、安全調(diào)試、安全存儲(chǔ)。

實(shí)際上，很多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在低功耗模式下更加容易受到攻擊，因?yàn)樗鼈儠?huì)關(guān)閉一些重要的安全模塊。那么，DA16200在“睡眠模式3”的情況下會(huì)保持網(wǎng)絡(luò)連接、加載網(wǎng)絡(luò)證書(shū)，此時(shí)怎么保證安全性？實(shí)際上，盡管此時(shí)該芯片的加密系統(tǒng)是暫時(shí)不工作了，但是它會(huì)聽(tīng)路由器是否有信息發(fā)送過(guò)來(lái)，保持一直在聽(tīng)的狀態(tài)；如果路由器發(fā)信息過(guò)來(lái)，會(huì)再次用加密系統(tǒng)來(lái)加密，并通過(guò)路由器跟服務(wù)器通訊。

值得強(qiáng)調(diào)的是，在加密方面，除了Wi-Fi 規(guī)定的所有的安全措施部分外，在DA16200還有加密引擎；另外，有些廠商直接做了一些證書(shū)來(lái)與Wi-Fi芯片協(xié)議結(jié)合，Dialog的芯片也可以支持。

4）DA16200是Dialog的第二代超低功耗Wi-Fi芯片。之前有超低功耗的FC9000。新的DA16200的功耗只有前代的1/3；另外的改進(jìn)是，在處理器方面，前代是Arm Cortext-M0, 第二代用了Arm Cortext-M4F；再有，芯片的尺寸也變小了，以前是7 mmx7 mm，現(xiàn)在的芯片QFN封裝是6 mmx6 mm，fcCSP封裝的是3.8 mmx3.8 mm。

5）低成本

BLE芯片是很便宜的，不到1美元。因此，如果為了要換成Wi-Fi，需要5、6倍的成本的話，就沒(méi)人想換了。不過(guò)，現(xiàn)在二者的差距不是很大，DA16200做到了低成本，比“網(wǎng)關(guān)+BLE”的成本便宜很多。

6）兼容性。Wi-Fi的另一個(gè)困擾點(diǎn)是市面上有很多種類的路由器，有些Wi-Fi和路由器不太配，功耗上也有變大的現(xiàn)象，而Dialog與眾多種類的路由器做過(guò)測(cè)試，一些是客戶要求測(cè)的，一些是Dialog內(nèi)部累積下來(lái)的know-how（訣竅），所以Dialog在幾百種路由器上測(cè)試過(guò)。

７）易于開(kāi)發(fā)。很多應(yīng)用例如智能門(mén)鎖，之前很少客戶用Wi-Fi，因此客戶面臨著Wi-Fi應(yīng)用的困擾，需要從Wi-Fi的設(shè)計(jì)到智能門(mén)鎖的云平臺(tái)連接的解決方案，以縮短開(kāi)發(fā)周期。

所以Dialog為客戶提供整套參考設(shè)計(jì)，就像以前MTK做了整套手機(jī)方案給客戶一樣，之前沒(méi)有做過(guò)手機(jī)的公司可以不用花很大的努力也可以快速地做出來(lái)。Dialog希望采取這種方式來(lái)服務(wù)于客戶，實(shí)際上也做到了，很多典型的應(yīng)用產(chǎn)品的整個(gè)解決方案提供給客戶。當(dāng)然，像智能手表、手環(huán)等復(fù)雜方案，Dialog不是全做，只提供Wi-Fi的方案部分；但是智能門(mén)鎖、攝像頭或者各類傳感器，Dialog都直接給出整套的解決方案，客戶可以在參考設(shè)計(jì)上進(jìn)行部分修改，或者可以自由去修改，明顯縮短了客戶的開(kāi)發(fā)周期。

2.2 模塊

除了芯片外，Dialog還做了模塊。兩種模塊尺寸相同（如下圖）。

1）DA16200模塊

除了DA16200的芯片以外，周邊的內(nèi)存、RF器件、晶振、濾波器、天線等全部集成在模塊里，直接可用。

圖 DA16200芯片及模塊

2）DA16600模塊

是“Wi-Fi +BLE”的組合模塊。那么，什么場(chǎng)合既用Wi-Fi 又用BLE？最常見(jiàn)的應(yīng)用是，消費(fèi)者買來(lái)一件產(chǎn)品之后，最先要做的是組網(wǎng)，組網(wǎng)單獨(dú)用Wi-Fi 也可以，但是一些消費(fèi)者也許對(duì)Wi-Fi的組網(wǎng)不太熟悉，而熟悉通過(guò)BLE與手機(jī)連接、直接組網(wǎng)。

另外，Wi-Fi 本身的功用與藍(lán)牙有一些差別：BLE的功耗極低，但所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小，在傳輸大量數(shù)據(jù)時(shí)，要花很長(zhǎng)時(shí)間等待；傳輸?shù)木嚯x也較近。所以針對(duì)某些應(yīng)用，這兩種用途的芯片可以放在一起。

實(shí)際上，2款芯片放在一起的設(shè)計(jì)很難，因?yàn)橄喈?dāng)于是2個(gè)RF共存，需要實(shí)現(xiàn)硬件和軟件上的兼容，該組合模塊已經(jīng)幫客戶解決了這個(gè)問(wèn)題。

3 未來(lái)發(fā)展規(guī)劃   

Dialog是較早做出真正商業(yè)化的低功耗產(chǎn)品的公司，已有第一代芯片累積下來(lái)的技術(shù)，此次發(fā)布了第二代芯片，下一步，正在準(zhǔn)備第三代、第四代的芯片。其目標(biāo)簡(jiǎn)單明了：低功耗、不犧牲任何Wi-Fi的性能，成本低。

在Wi-Fi+BLE方面，Dialog現(xiàn)在是2個(gè)芯片合在一起的模塊形式，下一步會(huì)有二合一的SoC芯片。

今年Wi-Fi 6規(guī)范已問(wèn)世，Dialog認(rèn)為兩三年內(nèi)，新規(guī)范廣泛地用到市場(chǎng)上的可能性不大，因?yàn)檫@涉及到整個(gè)應(yīng)用環(huán)境的問(wèn)題（為了滿足到新的規(guī)范，每個(gè)家庭里的路由器或連接到的云平臺(tái)等都要修改、更換，這個(gè)成本非常可觀），所以Dialog會(huì)慢慢地一步步跟著市場(chǎng)的真正需求來(lái)推出新產(chǎn)品。

4 Dialog半導(dǎo)體及無(wú)線產(chǎn)品

公司總部在倫敦，公司成立于1981年，是fabless（設(shè)計(jì)公司）公司。

Dialog公司產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)世界各地都有，射頻產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)總部在韓國(guó)、荷蘭，Dialog所開(kāi)發(fā)的Wi-Fi產(chǎn)品或者其他射頻產(chǎn)品，之前做進(jìn)了移動(dòng)電視，或者有線電視的射頻，從2G到4G都做過(guò)產(chǎn)品。此外，Dialog一直非常關(guān)注新的Wi-Fi規(guī)范，Dialog在美國(guó)的團(tuán)隊(duì)是新的規(guī)范的參與者。

Dialog的BLE產(chǎn)品遍布世界各地，在中國(guó)，典型客戶有小米手環(huán)里的BLE芯片。