Bezprzewodowe technologie ultraniskiego poboru mocy (ULP) (Część II)

System zdalnego sterownia RF4CE

Projektujesz elektronikę? Zarezerwuj 4 października 2018 na największą w Polsce konferencję dedykowaną projektantom, Evertiq Expo Kraków 2018. Przeszło 50 producentów i dystrybutorów komponentów do Twojej dyspozycji, ciekawe wykłady i świetna, twórcza atmosfera. Jesteś zaproszony, wstęp wolny: kliknij po szczegóły. © Evertiq

Protokół ZigBee o profilu RF4CE (Radio Frequency for Consumer Electronics) stworzono na potrzeby technologii zdalnego sterowania RF. RF4CE został ujednolicony w 2009 roku przez cztery znaczące firmy z sektora elektroniki użytkowej: Sony, Philips, Panasonic i Samsung. Do urządzeń wykorzystujących RF4CE należą dekodery, odtwarzacze, zestawy telewizyjne oraz inne sterowane przy użyciu popularnego „pilota”. Technologia wykorzystana została przez kilku producentów układów, w tym Microchip, Silicon Labs i Texas Instruments. RF4CE wykorzystuje technologię RF w celu wyeliminowania problemów interoperacyjności, niedoskonałości „widzenia” się urządzeń oraz usunięcia wad w funkcjach zdalnego sterowania podczerwienią (IR). Niedawno RF4CE stanęła w obliczu ostrej konkurencji, ze strony zarówno technologii Bluetooth Low Energy, jak i ZigBee stworzonej dla aplikacji zdalnego sterowania. Jakie Wi-Fi wybrać? Technologia Wi-Fi oparta na standardzie IEEE 802.11 to bardzo wydajne rozwiązanie dla sieci bezprzewodowej. Jest ona jednak zoptymalizowana pod kątem dużych transferów danych z wykorzystaniem dużych przepustowości, a nie niskiego zużycia energii. W związku z tym, Wi-Fi nie nadaje się dla urządzeń, które wymagają długoletniej pracy na zasilaniu bateryjnym, bez ich wymiany. W ostatnich latach wprowadzono jednak udoskonalenia w zakresie ograniczenia zużycia energii, w tym takie poprawki jak standard IEEE 802.11v, którego nowa funkcjonalność pozwala na monitorowanie wydajności połączeń, ich stanu oraz pobieranej mocy przez urządzenia klienckie, w trakcie połączenia z sieciami bezprzewodowymi. Opublikowany w 2017 roku nowy standard IEEE 802.11ah (Wi-Fi "HaLow"), działa w paśmie ISM 90 MHz i w porównaniu z wersjami Wi-Fi działającymi w pasmach 2,4 GHz i 5 GHz, charakteryzuje się niższym zużyciem energii i większym zasięgiem. IEEE 802.11ah to obiecujący standard komunikacji, który może obsłużyć ogromną liczbę zróżnicowanych urządzeń w Internecie przedmiotów (IoT). Czy NIKE+ jest opcją? Nike+ to opatentowana technologia bezprzewodowa opracowana przez producenta odzieży sportowej Nike i skierowana na rynek fitness. Została zaprojektowana przede wszystkim w celu bezprzewodowego połączenia czujnika “foot pod” zawierającego układ radiowy 2,4 GHz, z urządzeniami mobilnymi firmy Apple, które analizują i prezentują zarejestrowane dane. Niestety nowa generacja smartfonów powoli wyparła ten sprzęt z użycia, zastępując go nowymi aplikacjami o tych samych funkcjonalnościach. Zastrzeżona technologia bezprzewodowa, na której opierał się system Nike+, jest nadal używana w takich produktach, jak bezprzewodowe myszy czy klawiatury. Jeżeli nie jest wymagana interoperacyjność urządzeń, na rynku istnieje zbliżone rozwiązanie w postaci mikrokontrolera zintegrowanego z torem radiowym nRF24LE1 firmy Nordic Semiconductor. Układ oferuje porównywalną wydajność z technologiami, takimi jak na przykład Bluetooth Low Energy, bez konieczności spełniania standardów. Czy IrDA jest rozwiązaniem problemów z komunikacją krótkiego zasięgu? Stowarzyszenie Infrared Data Association (IrDA) obejmuje około 50 firm i dotychczas opublikowało kilka protokołów komunikacji IR pod nazwą IrDA. IrDA nie jest technologią opartą na częstotliwości radiowej, lecz wykorzystuje modulowane impulsy światła podczerwonego do przesyłania informacji. Kluczowymi zaletami tej technologii są wbudowane zabezpieczenia, ponieważ nie jest to RF, bardzo niski poziom błędu (BER), co wpływa na poprawę wydajności, brak wymogu uzyskania certyfikatu zgodności z obowiązującym przepisami oraz niski koszt. Technologia jest również dostępna w wersji high-speed, oferując szybkość transferu na poziomie 1 Gb/s. Wadą technologii podczerwieni jest ograniczony zasięg (szczególnie w wersji high-speed), wymaganie wzajemnego „widzenia" się urządzeń i brak dwukierunkowej komunikacji w standardowych implementacjach. IrDA w porównaniu z technologiami radiowymi nie jest też szczególnie oszczędna pod względem zużycia energii. W podstawowych aplikacjach wykorzystujących zdalne sterowanie, w których koszt jest kluczowym parametrem, IrDA znakomicie się sprawdza. Ale gdy wymagane są zaawansowane funkcje sterowania, takie jak w przypadku inteligentnych telewizorów, technologie o niskim poborze mocy - Bluetooth i RF4CE są częściej wykorzystywane. Gdzie pasuje NFC? Komunikacja NFC (Near Field Communication) działa w paśmie ISM 13,56 MHz. Przy tak niskiej częstotliwości, anteny pętli nadawczej i odbiorczej działają odpowiednio jako pierwotne i wtórne uzwojenia transformatora. Przesyłanie danych odbywa się raczej za pomocą pola magnetycznego, niż towarzyszącego pola elektrycznego, ponieważ jest ono mniej dominujące na niewielkich odległościach. NFC przesyła dane z szybkością do 424 Kb/s. Jak sama nazwa wskazuje, jest przeznaczone do komunikacji na bardzo niewielkie odległości, maksymalnie do 10 cm. To ograniczenie uniemożliwia bezpośrednią konkurencję z Bluetooth Low Energy, ZigBee, Wi-Fi i podobnymi technologiami. Producenci tacy jak NXP dostarczają tą technologię w układzie czytnika NFC CLRC66303. Główną zaletą jest to, że "pasywne" urządzenia NFC (na przykład karty płatnicze) nie wymagają zasilania, a stają się aktywne tylko w bliskim zasięgu zasilanego urządzenia NFC. Technologia NFC zyskała powszechną akceptację dla technologii płatności zbliżeniowych i jako metoda parowania innych technologii bezprzewodowych, takich jak urządzenia Bluetooth Low Energy, bez niebezpieczeństwa ataków typu "man-in-the-middle" (MITM). NFC znajduje zastosowanie w niszowych aplikacjach i jest doskonałym uzupełnieniem dla innych omówionych wcześniej bezprzewodowych technologii. Artykuł opublikowano dzięki uprzejmości firmy DigiKey Część III już wkrótce!