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Wi-Fi降低功耗,要和蓝牙在物联网市场拼一拼?

2020/05/12
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阅读需 12 分钟
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在无线连接领域,WiFi 和蓝牙长期以来各司其职,WiFi 以传输速率快,传输数据量大在家庭网关中得到广泛应用,蓝牙以低功耗消费电子产品中广受欢迎,但是两者也在慢慢弥补弱势,扩大地盘。

“Wi-Fi 出现早期,很多应用都是电源供电,不用考虑功耗问题。随着无线化时代的来临,以前的 Wi-Fi 由于带有电源线无法实现真正无线化,所以出现了 ZigBee 和蓝牙作为替代方案。在网关是 AP(无线接入点)的情况下,其他技术方案要联网必须使用网关等其他设备,成本增加。”Dialog 半导体公司连接和音频业务部产品营销总监崔南岫解释,“目前,几乎每个家庭都会采用 Wi-Fi,但是 Wi-Fi 的功耗太大,如果克服这个致命的弱点,Wi-Fi 在物联网领域的应用前景非常明朗,因此我们开发了超低功耗 Wi-Fi,克服了 Wi-Fi 的根本弱点。”

Dialog 半导体公司连接和音频业务部产品营销总监 崔南岫

崔南岫向与非网介绍,“之前,Dialog 推出了超低功耗芯片 FC9000,DA16200 是第二代 Wi-Fi 网络 SoC 芯片,两代芯片都满足了 Wi-Fi 规范的标准,新产品的功耗是上一代产品的 1/3;另外,上一代芯片的处理器是 ARM Cortext-M0, 第二代采用了 ARM Cortext-M4F,芯片的尺寸也缩小了,以前是 7x7,现在的芯片 QFN 封装是 6x6,fcCSP 封装的芯片是 3.8x3.8。DA16200 采用 8 寸 40nm 工艺,在开放空间中,其传输距离可以达到 300 米。DA16200 利用 Dialog VirtualZero 技术的模块,为 Wi-Fi 联网、电池供电的 IoT 设备提供突破性电池续航能力,可使设备始终保持联网,并使电池续航能力达到一年乃至三到五年。与竞争对手的 Wi-Fi SoC 不同,DA16200 是特别优化以支持这些电池供电的 IoT 设备。”

不牺牲功能且功耗极低

一般讨论无线连网,我们经常对比各种方式的功耗,针对 DA16200 的功耗,Dialog 并没有给出具体数字,而是通过几个具体实例来体现来功耗到底有多低。以 Wi-Fi 安防监控摄像头为例,10 MB HD 视频,如果每天使用 5 次,可以达到 1 年以上电池续航能力;每天使用 20 次的智能门锁,使用 4 个 5 号 AA 干电池,可实现 1 年以上电池续航能力;如果每天使用 30 次的温控器,可以达到 3 年以上的电池续航能力;温度 / 湿度传感器,如果每天使用 1,440 次(每分钟采集一次),使用 2 个 7 号 AAA 干电池,可实现 4 年以上电池续航能力。相比以往的 Wi-Fi 芯片,新产品的功耗显著降低了。

Dialog能够实现低功耗的关键技术是 VirtualZero 技术。崔南岫解释,“我们的新产品是专门针对使用电池的产品而开发的,VirtualZero 技术是我们的专利技术,它的意思是在一直保持联网的情况之下功耗几乎为 0,当然不完全是 0,而是功耗非常低。所以在保持联网时,随时可以对它进行控制,让它把收集的数据传输过来。”

DA16200 框图

另外,在保持网络的连接,加载网络证书和保持网络在线的情况下。一段时间内,Wi-Fi 如果没有运作,没有给 AP 一个讯号,会被踢掉。DA16200 不会真正踢掉,而是一直保持连接,芯片的功耗可以做非常低。崔南岫表示,“在联网状态下实现低功耗才是真正实现低功耗的技术。”

“如果牺牲掉 Wi-Fi 的部分功能实现超低功耗,那不是真正的超低功耗。”崔南岫强调,“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。”

睡眠状态下实时监测,确保设备的安全性

很多物联网设备在低功耗模式的模式下关闭了一些重要模块,更加容易受到黑客攻击,Dialog 的产品如何在这种情况下确保安全性?崔南岫解释,关于安全部分,除了采取了 Wi-Fi 规定的所有的安全措施以外,我们还设置了加密引擎,有些厂商直接做了一些证书来与我们的 Wi-Fi 芯片协议结合,加上更安全措施,这些我们的芯片都可以支持,目前我们的产品可以支持企业级的安全性。虽然在睡眠模式 3 的时候,我们的加密系统是暂时不工作的,但是它会一直监听路由器是否在发送信息,如果路由器发出信息,我们再次用加密系统进行加密,并通过路由器与服务器通讯。

DA16600 里面有 ROMSRAM,安全系统硬件加密的引擎在里面,在睡眠模式下,其会保持网络连接、加载网络证书。

Wi-Fi + BLE”二合一模块的双重组合

除了超低功耗的 Wi-Fi SoC 芯片 DA16200,Dialog 还推出了“Wi-Fi + BLE”二合一模块 DA16600。那么,DA16200 和 DA16600 的市场定位有什么不同?崔南岫表示,“DA16200 模块是采用了 DA16200 芯片的一个模块产品。DA16600 是 DA16200 芯片加上一个低功耗蓝牙芯片 DA14531 集成在一起的一个模块。DA16200 的模块是单纯超低功耗的 Wi-Fi 模块,DA16600 是二合一的模块。关于两者的市场定位,DA16200 的成本较低,DA16600 成本较高,如果用户的设计通过 WiFi 单独可以完整采用 DA16200 即可,如果不存在成本问题,DA16600 兼具 WiFi 和 BLE 的功能,用户使用更加方便。”

而且 DA16600 模块已经通过了各个国家的主要 Wi-Fi 认证,客户要做自己的模块或者委托更低成本的生产商,Dailog 全部开放整个模块的设计,客户可以直接做模块,甚至销售卖模块。

Wi-Fi 和 BLE 的组合难点是 Wi-Fi 的功耗特别大,噪声很大,可能把 BLE 信号淹没,崔南岫也承认这是 Wi-Fi 和 BLE 一起用时面临的困扰,他表示,我们在这方面有非常专业的技术能力,我们叫 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,如果用户采用该方案,我们全部都开放给客户。

关于既需要 Wi-Fi 又需要 BLE 的应用,崔南岫列举了 DA16600 的最常见应用,例如,消费者买来一款电子产品后,先要做配网,其实 Wi-Fi 单独配网也可以,但很多消费者由于不熟悉会出问题,所以通过 BLE 用手机连接直接配网就很方便,比如小米通过手机 BLE 来配网,这是最常见的二合一模块的使用场景;另外,Wi-Fi 本身和蓝牙不同,BLE 的功耗非常低,但远距离无法传输大量的数据,而 WiFi 可以传输大数据,因此两者结合可以在应用层面进行安排和设计。

Combo形式or 独立模块?各有利弊

相对Dialog的 DA16600 集成了两颗 SoC,有些厂商喜欢将 Wi-Fi 6+BLE 做成 combo 的形式,支持不同的无线协议。二合一模块和单独 Wi-Fi 模块相比,二合一模块更贵,如果用户只需要 Wi-Fi 功能,可以选择单独 Wi-Fi 模块,两个都需要选择二合一模块最好。崔南岫表示,现在 Dailog 是将两个芯片合成一个模块,下一代的产品会有二合一的 SoC 芯片计划。

未来在智能家居应用中,最主流的连接技术是 Wi-Fi、蓝牙、ZigBee 还是多连接技术的 combo?这个问题很有争议,在崔南岫看来,到目前为止,家庭物联网最便宜而且最方便的联网工具是 Wi-Fi ,因为中国的家庭高速网络普及率非常高。如果你要用 ZigBee 或者 BLE、蓝牙就需要网关,如果不用网关,直接联网 Wi-Fi 是最方便。但是目前很多 Wi-Fi 芯片无法做到像 ZigBee、BLE 的低功耗,所以 ZigBee、BLE 都是因为 Wi-Fi 的弱点而出现的技术,不过它们在大数据传输时耗时长,联网都需要网关。如今我们推出低功耗 Wi-Fi 芯片,可以解决 WiFi 的功耗问题。现在我们推出了第二代芯片,未来可能会出第三代、第四代,最主要的目标是更低的功耗、更强大的覆盖范围,所以我认为 Wi-Fi 会成为家庭物联网的主流。

既然实现了确保功能且低功耗,DA16200 是否和 Dialog 的蓝牙芯片形成竞争?崔南岫解释,“这款 WiFi 芯片和蓝牙芯片不会打架,因为我们公司两种芯片都有。我觉得蓝牙芯片的功耗确实比 Wi-Fi 芯片更低,但是 BLE 的传输距离有限,能传输的数据量也有差距。所以针对较少的数据、短距离传输的应用,采用低功耗蓝牙就可以实现。对于大数据数据、远距离传输采用 Wi-Fi 就好。我们的 Wi-Fi 芯片和 BLE 芯片是可以实现互补的方案。”

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