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将低功耗进行到底,Dialog给IoT连接带来更多可能

2020-05-17
作者:王洁
来源:电子技术应用

从1997年IEEE公布第一代802.11标准到第五代Wi-Fi 802.11 ac(Wi-Fi5)的普及,再到802.11ax(Wi-Fi6)的出现,Wi-Fi的连接性能不断升级,成为人们生活中布局最为广泛的连接方式。随着物联网市场的增长,特别是在智能家居应用领域,蓝牙和ZigBee以低功耗优势成为大量采用的连接方式。高度集成电池管理、AC/DC电源转换、Wi-Fi、低功耗蓝牙(BLE)和工业IC供应商Dialog半导体公司近些年也陆续推出了多款面向消费领域的BLE SoC,并且在世界各地的主要制造厂商中得到了广泛采用,例如小米手环中的BLE芯片。

Wi-Fi 没办法完全覆盖所有的应用,根本原因在于Wi-Fi本身最致命的弱点——功耗的问题。Dialog的低功耗SoC策略这次拓展到Wi-Fi阵营,于日前宣布正式推出高度集成、超低功耗的Wi-Fi网络SoC芯片DA16200芯片,以及DA16200模块和DA16600(Wi-Fi + BLE二合一)模块,有望彻底克服Wi-Fi连接的功耗问题,为Wi-Fi联网、电池供电的IoT设备提供突破性电池续航能力。

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克服Wi-Fi功耗弱点

“Wi-Fi 刚开始出现的时候,很多应用产品不是以电池供电的。但是现在很多联网的产品都是要用电池的,真正的无线化的时代已经来临。这样的情况之下,以前的Wi-Fi虽然是无线联网,但是为了联网,还有个电源线,就像尾巴一样,不是真正的无线化。另外有些地方很难把电线拉进来,不得不用电池,这时要用Wi-Fi也有困难。”Dialog 半导体公司连接和音频业务部产品营销总监崔南岫分析:“这种产品现在都采用ZigBee或蓝牙等其他技术方案,但是这些方案没办法直接联网,主要的网关是AP(无线接入点)的情况下,如果要联网,就必须加入网关等其他设备,造成成本的上升。”

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崔南岫认为,Dialog DA16200芯片的推出可以解决Wi-Fi连接的根本弱点,满足智能门锁、摄像头、温控器及温湿度传感器等典型应用对低功耗的要求。

Wi-Fi安防监控摄像头,其大容量的数据传输需要宽频的联网工具,最好的就是Wi-Fi。据崔南岫介绍,经过测试,在10 MB的HD高清视频、一天5次使用的情况下,4000 mAh的电池可以持续使用一年以上。

智能门锁之前通常是用BLE+AP上的网关,或者ZigBee+网关的方式。采用Wi-Fi 产品的情况下,智能门锁联网时直接用家里的AP就可以了。测试表明,在每天开关20次的情况下,4个5号AA干电池可以使用1年以上。

温控器方面,DA16200功耗可以做到和蓝牙接近,在使用30次/天的情况下,可以保证3年以上电池续航能力。

温/湿度传感器应用方面,在使用1440次/天,也就是每分钟采集一次的情况下,使用两个7号AAA干电池,可实现4年以上的电池续航能力。

智能手表和手环方面,如今功能越来越复杂,要处理的数据也越来越大,系统的升级必不可少。采用蓝牙的方式需要花费较多的时间进行数据传输和系统升级,低功耗Wi-Fi芯片更为合适。目前Dialog已经和一些客户在进行相关产品的开发。

低功耗的同时性能不打折

DA16200是Dialog专门针对使用电池供电的产品而开发的,能做的超低功耗是因为其最新的专利技术VirtualZero。“VirtualZero意为保持联网的情况之下,功耗几乎为0的意思,当然不是绝对的0,而是保持联网的情况之下,功耗非常低。”崔南岫介绍,“保持联网意味着可以随时对它进行控制,将收集的数据传输过来,也可以让它做一些其他的工作。”

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在睡眠模式3的情况下,DA16200还能保持网络连接、加载网络证书并保持网络在线。

如果牺牲掉Wi-Fi的一些功能或者规范来实现超低功耗,那并不是真正意义上的超低功耗。崔南岫介绍:“DA16200是完全集成的Wi-Fi SoC芯片,里面包括CPU、SRAM,完全满足Wi-Fi的整个规范,包括射频的灵敏度、传达的距离长度等,甚至和市面上一般的Wi-Fi 相比,我们的灵敏度和传达距离更有优势。同时,还可以做到其他芯片做不到的超低功耗。”

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高度集成的DA16200自主运行整个Wi-Fi系统、安全和网络协议栈,无需外部的网络处理器、CPU或微控制器。它包含一个802。11b/g/n无线电(PHY)、基带处理器、MAC、片上内存、专用加密引擎和ARM® Cortex®-M4F主机网络应用处理器,这些全部集成在单片硅芯片上。

为了实现更宽的覆盖范围,并且不牺牲电池续航能力,DA16200还集成了一个功率放大器(PA)和低噪声放大器(LNA),为用户提供了行业领先的输出功率和接收器灵敏度。

此外,DA16200符合WPA/2/3个人和企业级加密标准,并具有TLS和HTTPs上层安全。崔南岫介绍:“Wi-Fi 本身的安全性相比其他的方案已经很高了,而DA16200芯片又包含了加密模块在里面。因此,它可以做到安全启动、安全调试、安全存储。”

两款模块应对不同需求

考虑到市场上的很多客户为了生产的方便性需要模块产品,Dialog也推出了两款基于DA16200的模块产品:DA16200模块和DA16600模块。除了DA16200芯片以外,还集成了内存、RF器件、晶振、滤波器、天线等,可以直接使用。这两款模块均经过全面认证,可全球范围使用,认证包括FCC、IC、CE、Telec、Korea和SRRC。此外,该SoC芯片和两款模块都经过Wi-Fi CERTIFIED® 认证,可实现互联互通。

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DA16600是一款Wi-Fi +BLE的组合模块,是DA16200芯片和低功耗蓝牙芯片DA14531组合在一起的“二合一模块”。崔南岫表示,DA16200 的模块是单纯超低功耗的 Wi-Fi 模块,成本较低,DA16600 成本较高,如果用户的设计通过 Wi-Fi 单独可以完成,那么采用 DA16200 即可;如果不存在成本问题,DA16600提供给用户更多的选择,可以让用户使用更加方便。

Wi-Fi 和 BLE 的组合实际上是存在一些技术上的门槛的,相当于是两个RF共存,Wi-Fi 的功耗特别大,带来的噪声对BLE 信号也会造成很大的影响。崔南岫表示,Dialog拥有非常专业的技术能力,实现了Wi-Fi 和 BLE 共存的方案,目前软件和硬件的整套方案都已经做出来了,可以让客户用得更方便,也更简单。

目前,NB-IoT、ZigBee、蓝牙、Wi-Fi,甚至是如今发展迅速的5G,在物联网应用中,这些连接技术自然而然会找到自己的位置,性价比、功能都是重要的考量因素。另外,基础设施对于应用来说也是一个很大的挑战,而Wi-Fi广泛覆盖,通过Wi-Fi来实现生活上的物联网是一个既方便又省钱的方案。以往限制其应用领域进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的致命弱点,未来IoT上Wi-Fi自然前景可期,这也正是Dialog开发超低功耗Wi-Fi SoC的初衷。


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