科技的進步就是幫助人類化繁縟為簡潔，提供更大的便利。近年來，便攜式設(shè)備給消費者在視聽享受方面提供了很大的便利，隨著無線技術(shù)的飛速發(fā)展，給便攜式設(shè)備增加無線功能成為必然的選擇。那么，在增加無線功能的時候，設(shè)計者需要考慮哪些方面的因素呢。

1

需要考慮的主要挑戰(zhàn)

在增加無線功能的時候，設(shè)計者要面臨哪些挑戰(zhàn)？需要考慮哪些因素？專家的建議將有助于設(shè)計師把握設(shè)計重點和方向。

在給便攜式設(shè)備如MP3/PMP增加無線功能的時候，最重要的考慮是你得確保在任何使用狀態(tài)下可靠工作，這意味著在播放MP3或視頻的時候，如果有呼叫/電話，則你必須實時響應(yīng)呼叫/電話同時要暫停多媒體功能。另外由于無線設(shè)計包含發(fā)射器和接收器，這需要確保有良好的射頻性能。

Nordic半導(dǎo)體亞太區(qū)銷售經(jīng)理陳志謙表示：

給便攜式設(shè)備增加無線功能會面臨四大挑戰(zhàn)：成本、復(fù)雜性、功耗和尺寸大小。”他解釋說：“無線功能將使設(shè)計更復(fù)雜，雖然有些供應(yīng)商設(shè)計了集成收發(fā)器的元件，但是把芯片設(shè)計到PCB的時候你得知道這些因素將影響你的設(shè)計性能。它們是天線的位置、范圍、和其他設(shè)備的接口等。

當(dāng)然，要支持設(shè)備正常工作，功耗方面的考量也是必不可少的，要把無線技術(shù)增加到便攜式設(shè)備中，電池的壽命和大小尺寸是主要的挑戰(zhàn)。因為新產(chǎn)品縱使添加了新功能，但原來的基本特點（如MP3播放器的播放時間等）也絕不能遜于上一代產(chǎn)品。設(shè)計者必須開發(fā)出耗電非常少的無線解決方案，而且能同時降低現(xiàn)有功能性的耗電量。對射頻前端模塊和功率放大器而言，電池壽命和尺寸大小是兩大重要問題。這些器件一般是設(shè)備中耗電最多的部分，因此，要在便攜式設(shè)備中增添無線功能，它們就成了主要關(guān)注的焦點。

一般來說，每一代前端模塊的尺寸大小都會較前一代減少 30-40%；而效率則遞增加1-3%。而且即使增添新功能，生產(chǎn)商也不希望現(xiàn)有產(chǎn)品尺寸增大，因為外形尺寸只要稍稍增加，都會大大影響用戶對產(chǎn)品的印象。在增加無線功能的時候，工程師還要考慮平臺、操作系統(tǒng)和無線接口的選擇問題，這些因素都和系統(tǒng)需求、設(shè)計復(fù)雜度以及市場趨勢密切相關(guān)。

其他需要考慮的因素是無線功能帶來的散熱、外觀和重量問題，雖然模塊化的方案有助于減輕RF方面的問題難度和加速產(chǎn)品面市，但是模塊本身存在的尺寸和成本問題都需要進行折中考慮。

2

無線協(xié)議和架構(gòu)的選擇策略

在增加無線功能的時候，工程師該如何選擇架構(gòu)和無線協(xié)議？系統(tǒng)工程師必須知道所需的無線應(yīng)用要求的最小帶寬是多少。某些應(yīng)用比如游戲等可能需要802.11g這樣的大帶寬無線標(biāo)準(zhǔn)，這是由于它們需要很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，所以即使可能消耗較多電流和有效的電池使用壽命，也必須如此。而對于語音等其它應(yīng)用而言，藍牙則可能是更好的選擇，因為它能在較低的耗電量下滿足數(shù)據(jù)帶寬的要求。

一般可以選擇兩種架構(gòu)，一種是在現(xiàn)有平臺方案上增加無線modem，但這需要設(shè)計射頻通信層和接口以確保在無線modem和便攜式設(shè)備之間進行實時可靠的通信。另外一種架構(gòu)是選擇集成有無線modem和應(yīng)用處理器的集成方案，不管選用何種方式，無線協(xié)議棧必須是成熟且強健的，最好使用通過互操作測試（IOT）測試的無線協(xié)議棧。

陳志謙經(jīng)理給出的補充說：

一要考慮使用非授權(quán)ISM頻段，例如如果你的產(chǎn)品在美國使用，則你可以使用915MHz頻段，如你的產(chǎn)品在歐洲銷售，你可以使用434或868MHz頻段。另外，2.4GHz頻段是全球可以使用的頻段。二要考慮供應(yīng)商對你的支持，例如如果從RF角度來看你的PCB不夠好，這樣就可能產(chǎn)生干擾，這時你需要供應(yīng)商給你一些建議。如果你通過分銷商獲得支持，你需要確保他們理解你的硬件設(shè)計需求。

目前市場上有許多標(biāo)準(zhǔn)無線技術(shù)，工程師可以從應(yīng)用范圍、數(shù)據(jù)傳輸率、頻段和功耗方面考慮采用何種技術(shù)。例如，WLAN可以提供的通信范圍是100米左右，可以提供的數(shù)據(jù)傳輸率可以超過54Mbps。而NFC提供的通信范圍就是10cm左右，數(shù)據(jù)率為1~3Mbps，頻段則是13.56MHz。表一列出了目前可以實用的標(biāo)準(zhǔn)無線技術(shù)。

另外，工程師在增加無線功能的時候也可以考慮一些非標(biāo)準(zhǔn)的無線協(xié)議。類似IEEE802.xx的這些標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，因為要確保兼容性方面的問題，所以會延長產(chǎn)品的面市時間，因為你要確保你的產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)，而且這樣也增加了一些非工程成本（NRE）開銷，而一些非標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。例如Nordic的nRF24xx在端對端應(yīng)用中有比藍牙更出色的性能，還不用做兼容性方面的測試。如果一個微微網(wǎng)中有其他制造商的無線產(chǎn)品，這時候藍牙很有優(yōu)勢，但如果都是一個公司的產(chǎn)品，這時候用藍牙就大材小用了。

實際上，便攜式設(shè)備的功耗是最重要的考量因素。一般應(yīng)用處理器和背光屏就占用50~60%的功耗，而且消費者都希望手機和MP3播放器在電池支持下可以工作數(shù)十小時。這樣，無線部分就必須十分高效。

陳志謙指出：

藍牙1.2版芯片以及增強數(shù)據(jù)率（2.0+EDR）芯片都不是很高效的，因為它們需要每隔675us發(fā)送一個160bit的數(shù)據(jù)包（1600數(shù)據(jù)包/秒）以維持連接，這也是藍牙為什么不能用于低占空比應(yīng)用的原因。

藍牙對于便攜式設(shè)備來說，功耗問題可以算是最大的問題。這樣，在無線音頻流的應(yīng)用中，如果用藍牙，則幾個小時就會耗盡電池的電量。Zigbee通過放棄同步請求減少了功耗，但卻限制了帶寬。而如果采用非標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，則既能獲得藍牙的帶寬，又可以獲得Zigbee的低功耗效果。

實際上，由于許多標(biāo)準(zhǔn)無線協(xié)議都采用2.4GHz ISM頻段，許多專家已經(jīng)在擔(dān)心使用這個頻段的設(shè)備之間的干擾問題。而這無疑將增加標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的使用成本。

3

如何降低無線功能帶來的功耗？

顯然，增加無線功能帶來的最大問題是功耗的增加，如何降低無線功能帶來的功率消耗是設(shè)計者考慮的頭等大事。無線設(shè)計人員的挑戰(zhàn)是要在不影響 RF 信號完整性的前提下把電池壽命延至最長。在 RF 設(shè)計中，決定功率管理的實現(xiàn)方法有多個考慮因素。成本、電路板空間、效率及噪聲抑制等都是設(shè)計人員能否獲得最佳設(shè)計解決方案的重要考慮因素。決定便攜式設(shè)備的最佳功率管理方法并不是瑣碎的事，但如果在一開始就能明確決定目標(biāo)和取舍，設(shè)計人員就能夠避免日后設(shè)計中的許多麻煩。

除了設(shè)計更高效率的功率放大器之外，前端模組還可將后置功率放大器的損耗減至最小，從而使該功率放大器的發(fā)射功率，這樣比一般分立式設(shè)計的給定天線輸出功率低。從而達到提高能效的效果。

4

未來趨勢

預(yù)測無線設(shè)計趨勢是給便攜式設(shè)備集成更多的音頻、視頻、圖像和游戲功能，融合是大趨勢。提高RF產(chǎn)品的集成度是各個供應(yīng)商采取的主要措施之一。隨著藍牙（EDR、UWB）和802.11（802.11n-MIMO）更新版本的推出，無線技術(shù)將能夠廣泛滲透到便攜式消費設(shè)備中。

陳志謙經(jīng)理特別強調(diào)Noridc的nRF24Z1瞄準(zhǔn)MP3播放器和無線頭戴式耳機之間的音頻流傳輸應(yīng)用，可以提供4Mbps的數(shù)據(jù)率，如果傳輸未壓縮的CD級音頻這已經(jīng)是綽綽有余了。而藍牙就達不到這個質(zhì)量，所以有些Hi-Fi雜志稱藍牙耳機聽起來尖細些和缺乏動態(tài)。

無線技術(shù)將在未來幾年中扮演重要的角色，便攜式設(shè)備無線化如何演進？我們將密切關(guān)注。

原文標(biāo)題：【媒體報道】給便攜式設(shè)備增加無線功能要面臨哪些選擇和挑戰(zhàn)

文章出處：【微信公眾號：Nordic半導(dǎo)體】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請注明出處。