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标题: 2.4GHz超低功耗无线技术和小蓝牙 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-13 14:53
标题: 2.4GHz超低功耗无线技术和小蓝牙
　　北欧是个好地方。除了令人神往的古代海盗故事和今天的福利社会，人口稀少的北欧诸国在民用技术和服务方面多有令人惊叹之处。这里且不谈瑞典的宜家和芬兰的诺基亚，而介绍一下挪威的一家半导体厂商Nordic Semiconductor和它的看家本领——超低功耗无线技术，以及与此相关的ULP蓝牙。

超低功耗无线技术

　　Nordic公司专注于超低功耗无线技术，具体来说是2.4GHz频率超低功耗无线连接。我们对这个频率并不陌生，因为蓝牙和ZigBee都使用这个频率。这个频率属于ISM（工业、科学及医疗设备）频率，无需经过当局许可便可使用。那么，既然已经有了蓝牙和ZigBee，为何还需要 Nordic的2.4GHz无线技术呢？因为这三种技术虽然使用相同的频率，但它们的目标应用领域并不相同，因而技术着重点也不一样。Nordic 2.4GHz无线技术的优势是超低功耗，适合低数据流的简单无线网络。

无线鼠标

　　什么是超低功耗技术呢？Nordic的定义是：数据传输过程中平均电流小于1mA，而且峰值电流小到可以用纽扣电池来驱动电子设备。举例来说，采用该技术的无线鼠标的电池寿命（两节AAA 电池）要超过一年。相对于目前广泛采用的27 MHz 无线技术，Nordic 2.4GHz会显著提升电池寿命（普通无线鼠标的电池寿命一般是6个月）。而相对于蓝牙技术来说，不仅功耗更低，而且成本也显著降低，因为无需向蓝牙联盟缴纳专利费用。另外，由于Nordic 2.4GHz是专有技术，所以其安全性也更高。领先的计算机外设生产厂商Logitech是这项技术的主要推行者。下表列出了三种无线鼠标技术的综合对比。

　　技术规范范围安全级别其他设备干扰风险技术级别成本

　　米优秀非常低尖端中等

　　蓝牙米优秀非常低尖端高

　　米良低实用低

　　那么，采用Nordic技术的无线鼠标何以能够做到超低功耗呢？那是因为它大部分时间不工作。鼠标属于低数据吞吐设备，而2.4GHz却属于高速数据传输技术（可达2Mbps），所以这种鼠标隔一段时间才发送一次数据。蓝牙技术则不然，它连续传输数据，所以更适合无线耳机这样的流媒体应用。27 MHz技术则由于传输速率低，必须连续工作，所以耗电也较高。

无线鼠标

　　Nordic 2.4GHz技术的另一个特点是自动跳频，即能够自动寻找到可用的频段，因而实现优良的稳定性和抗干扰性。此外，采用Nordic技术的鼠标USB的Dongle（接收端适配器）尺寸也较小，如图所示。

　　Nordic 2.4GHz超低功耗无线技术具有光明前景的的应用领域包括计算机外设、家庭娱乐以及运动、健身和保健。我们前面提到的无线鼠标属于计算机外设范畴。下面选取这三大应用领域的其他典型产品加以介绍。

无线耳麦

　　除了无线鼠标，计算机外设这个类别里还有无线键盘、游戏设备和无线耳机/耳麦。无线键盘、游戏设备与无线鼠标的原理相似，这里就不必另外介绍了。下面重点介绍一下无线耳麦。

　　Nordic 2.4GHz无线耳机/耳麦总体来说无法与蓝牙耳机相抗衡。如今，蓝牙技术几乎已经家喻户晓，而且互用性强。也就是说，不论哪个厂商生产的产品，只要是符合蓝牙规范就可以通用，所以消费者当然更愿意购买蓝牙产品。虽然Nordic的技术无需缴纳专利费用因而具有低价格的优势，但在强大的蓝牙品牌压力下显得力不从心。何况如今市场上出售的大部分笔记本电脑都已经具备了蓝牙功能。

　　然而，Nordic还是为他们的技术找到了一个蓝牙所没有覆盖的市场缝隙：为台式机配备无线耳机/耳麦。其中最有吸引力的应用场合是呼叫中心。在呼叫中心，因为话务人员时常需要走动，所以戴无线耳麦会更方便。另外，因为话务员要长时间通话，所以耳机电池的使用寿命要长，以避免频繁更换电池。 Nordic 2.4GHz超低功耗无线技术正好符合这些要求。

　　基于nRD24V1芯片的耳麦设计套件包括以下组成部分：带有RF模块的耳麦应用电路板、即可投产的音频级别USB dongle、优化的双向多频RF协议和应用软件。采用该设计的产品开盒即可使用，无需在PC端安装专门的驱动程序。

射频遥控器

　　遥控器既可以归于计算机外设，也可以归于家庭娱乐。我们现在使用的遥控器几乎都采用红外技术，它具有价格低廉、使用可靠等优点。主要缺点是功能受到限制，跟不上系统端的快速发展。与红外遥控器相比，射频遥控器的优势在于可实现双向高速数据传输，可以做到在遥控器上实现反馈显示。另外，射频遥控器不怕遮挡，工作距离也更远。

射频遥控器

　　射频遥控器的典型应用是对媒体中心的遥控，经典案例是在卡拉OK厅用遥控器点歌。由于遥控器上有节目显示，你就不必跑到主机那里看主机屏幕上的菜单。由于射频信号可以穿过来往的人群，你的操作就不会因为受到干扰而中断。这样的功能是普通红外遥控器无法实现的。

　　伴随着基于计算机的媒体中心进入家庭，射频遥控器的应用也将更加广泛。微软公司已经提出了支持Windows Vista SideShow技术的双向遥控概念。这个概念就需要射频技术来提供双向通信。微软建议的数据传输速率是700kbps（彩色）和150kbps（单色）。Nordic公司的nRF24L01芯片能够满足这些要求，在成本和功耗方面都做得很好。

　　Nordic 公司的遥控器参考设计套件包括这些组成部分：带有RF模块的遥控器应用线路板、HID级别的即可生产的USB dongle、优化过的双向RF协议和应用软件。采用该设计的产品开盒即可使用，无需在PC端安装专门的驱动程序。

运动手表

　　运动手表是Nordic超低功耗无线技术在运动、健身和保健方面的典型应用。这种手表实际上是所谓PAN（Personal Area Network，个人区域网络）的核心。PAN网络采用ANT网络协议，这种协议与ZigBee相比要简单得多，不过对于大多数应用来说已经足够了。 ANT协议的最大好处就是低功耗，这个特点与Nordic公司的技术刚好吻合。

　　Nordic用于PAN的芯片是nRF24AP1。特点包括：高数据传输速率（1 Mbit/s）、低功耗、1.9至3.6V供电（可使用纽扣电池）、尺寸小、10米工作距离、外围部件少、可支持多种设备、以数据包的形式处理数据以减轻 MCU负担、内建ANT协议等。

　　图中所示的这款SUUNTO公司生产的、采用Nordic芯片的运动手表可以显示和存储运动中人体的各种信息，如心率、行进速度、步伐频率等。戴上这样的手表，并在身体相关部位或运动器材上佩戴或安装数据采集和发送装置，使用者便可实时监测自己的运动状态，根据自己的身体条件加上医生的建议随时调整运动强度，以达到最佳的锻炼效果。

　　值得注意的一点是，通常只用作计时的手表突然变成了PAN数据网络的核心。在手机等便携电子设备流行的今天，手表作为计时工具的作用已经大大降低，所以越来越多的人选择不佩戴手表。而与此同时，运动健身越来越流行。作为运动数据的存储和显示设备，手表有可能获得重新焕发生命力的机会。 Nordic的人员甚至声称，他们的超低功耗无线技术有可能会拯救日趋衰落的钟表业。

运动手表

小蓝牙

　　蓝牙技术今天已经非常普及。虽然它在流媒体方面的应用非常成功，但在低数据吞吐的应用场合（如无线鼠标）倒有点像大炮打蚊子——大材小用。与 Nordic公司专有的超低功耗无线技术相比，蓝牙的功耗是很高的（4到10倍）。但专有技术也有它的缺陷，主要表现在不利于推广。尤其像Nordic这样100多人的小公司，根本无法与蓝牙联盟这样的巨头相比。最好的方法是将好的专有技术变成开放技术。基于各方利益的一致，ULP蓝牙于是诞生了。

　　2007年6月12日，以诺基亚公司为首、合作方包括博通、卡西欧、CSR、爱普生、ItoM、Nordic、意法、Suunto、太阳诱电和德州仪器等公司倡导的Wibree低功耗无线技术协议被蓝牙联盟接受，名称改为ULP（Ultra Low Power，超低功耗）蓝牙，有人称之为小蓝牙。预计2008年下半年，ULP蓝牙产品将出现。目前，多家公司都在致力于开发符合ULP蓝牙规范的产品。 Nordic公司基于在超低功耗领域的多年经验，将重点开发独立ULP蓝牙芯片（多数大公司会重点开发双模即蓝牙＋ULP蓝牙芯片），搭上蓝牙联盟这辆快车，让他们的技术服务于千家万户。

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