科技的進(jìn)步就是幫助人類(lèi)化繁縟為簡(jiǎn)潔，提供更大的便利。近年來(lái)，便攜式設(shè)備給消費(fèi)者在視聽(tīng)享受方面提供了很大的便利，隨著無(wú)線(xiàn)技術(shù)的飛速發(fā)展，給便攜式設(shè)備增加無(wú)線(xiàn)功能成為必然的選擇。那么，在增加無(wú)線(xiàn)功能的時(shí)候，設(shè)計(jì)者需要考慮哪些方面的因素呢。

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需要考慮的主要挑戰(zhàn)

在增加無(wú)線(xiàn)功能的時(shí)候，設(shè)計(jì)者要面臨哪些挑戰(zhàn)？需要考慮哪些因素？專(zhuān)家的建議將有助于設(shè)計(jì)師把握設(shè)計(jì)重點(diǎn)和方向。

在給便攜式設(shè)備如MP3/PMP增加無(wú)線(xiàn)功能的時(shí)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(shí)候，如果有呼叫/電話(huà)，則你必須實(shí)時(shí)響應(yīng)呼叫/電話(huà)同時(shí)要暫停多媒體功能。另外由于無(wú)線(xiàn)設(shè)計(jì)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(xiāo)售經(jīng)理陳志謙表示：

給便攜式設(shè)備增加無(wú)線(xiàn)功能會(huì)面臨四大挑戰(zhàn)：成本、復(fù)雜性、功耗和尺寸大小。”他解釋說(shuō)：“無(wú)線(xiàn)功能將使設(shè)計(jì)更復(fù)雜，雖然有些供應(yīng)商設(shè)計(jì)了集成收發(fā)器的元件，但是把芯片設(shè)計(jì)到PCB的時(shí)候你得知道這些因素將影響你的設(shè)計(jì)性能。它們是天線(xiàn)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(wú)線(xiàn)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?yàn)樾?a target="_blank">產(chǎn)品縱使添加了新功能，但原來(lái)的基本特點(diǎn)（如MP3播放器的播放時(shí)間等）也絕不能遜于上一代產(chǎn)品。設(shè)計(jì)者必須開(kāi)發(fā)出耗電非常少的無(wú)線(xiàn)解決方案，而且能同時(shí)降低現(xiàn)有功能性的耗電量。對(duì)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(wèn)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(wú)線(xiàn)功能，它們就成了主要關(guān)注的焦點(diǎn)。

一般來(lái)說(shuō)，每一代前端模塊的尺寸大小都會(huì)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?yàn)橥庑纬叽缰灰陨栽黾樱紩?huì)大大影響用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品的印象。在增加無(wú)線(xiàn)功能的時(shí)候，工程師還要考慮平臺(tái)、操作系統(tǒng)和無(wú)線(xiàn)接口的選擇問(wèn)題，這些因素都和系統(tǒng)需求、設(shè)計(jì)復(fù)雜度以及市場(chǎng)趨勢(shì)密切相關(guān)。

其他需要考慮的因素是無(wú)線(xiàn)功能帶來(lái)的散熱、外觀和重量問(wèn)題，雖然模塊化的方案有助于減輕RF方面的問(wèn)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(wèn)題都需要進(jìn)行折中考慮。

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無(wú)線(xiàn)協(xié)議和架構(gòu)的選擇策略

在增加無(wú)線(xiàn)功能的時(shí)候，工程師該如何選擇架構(gòu)和無(wú)線(xiàn)協(xié)議？系統(tǒng)工程師必須知道所需的無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)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(duì)于語(yǔ)音等其它應(yīng)用而言，藍(lán)牙則可能是更好的選擇，因?yàn)樗茉谳^低的耗電量下滿(mǎn)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(tái)方案上增加無(wú)線(xiàn)modem，但這需要設(shè)計(jì)射頻通信層和接口以確保在無(wú)線(xiàn)modem和便攜式設(shè)備之間進(jìn)行實(shí)時(shí)可靠的通信。另外一種架構(gòu)是選擇集成有無(wú)線(xiàn)modem和應(yīng)用處理器的集成方案，不管選用何種方式，無(wú)線(xiàn)協(xié)議棧必須是成熟且強(qiáng)健的，最好使用通過(guò)互操作測(cè)試（IOT）測(cè)試的無(wú)線(xiàn)協(xié)議棧。

陳志謙經(jīng)理給出的補(bǔ)充說(shuō)：

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(guó)使用，則你可以使用915MHz頻段，如你的產(chǎn)品在歐洲銷(xiāo)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(duì)你的支持，例如如果從RF角度來(lái)看你的PCB不夠好，這樣就可能產(chǎn)生干擾，這時(shí)你需要供應(yīng)商給你一些建議。如果你通過(guò)分銷(xiāo)商獲得支持，你需要確保他們理解你的硬件設(shè)計(jì)需求。

目前市場(chǎng)上有許多標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線(xiàn)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(guò)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(shí)用的標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線(xiàn)技術(shù)。

另外，工程師在增加無(wú)線(xiàn)功能的時(shí)候也可以考慮一些非標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線(xiàn)協(xié)議。類(lèi)似IEEE802.xx的這些標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，因?yàn)橐_保兼容性方面的問(wèn)題，所以會(huì)延長(zhǎng)產(chǎn)品的面市時(shí)間，因?yàn)槟阋_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(kāi)銷(xiāo)，而一些非標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。例如Nordic的nRF24xx在端對(duì)端應(yīng)用中有比藍(lán)牙更出色的性能，還不用做兼容性方面的測(cè)試。如果一個(gè)微微網(wǎng)中有其他制造商的無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品，這時(shí)候藍(lán)牙很有優(yōu)勢(shì)，但如果都是一個(gè)公司的產(chǎn)品，這時(shí)候用藍(lán)牙就大材小用了。

實(shí)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(fèi)者都希望手機(jī)和MP3播放器在電池支持下可以工作數(shù)十小時(shí)。這樣，無(wú)線(xiàn)部分就必須十分高效。

陳志謙指出：

藍(lán)牙1.2版芯片以及增強(qiáng)數(shù)據(jù)率（2.0+EDR）芯片都不是很高效的，因?yàn)樗鼈冃枰扛?75us發(fā)送一個(gè)160bit的數(shù)據(jù)包（1600數(shù)據(jù)包/秒）以維持連接，這也是藍(lán)牙為什么不能用于低占空比應(yīng)用的原因。

藍(lán)牙對(duì)于便攜式設(shè)備來(lái)說(shuō)，功耗問(wèn)題可以算是最大的問(wèn)題。這樣，在無(wú)線(xiàn)音頻流的應(yīng)用中，如果用藍(lán)牙，則幾個(gè)小時(shí)就會(huì)耗盡電池的電量。Zigbee通過(guò)放棄同步請(qǐng)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(lán)牙的帶寬，又可以獲得Zigbee的低功耗效果。

實(shí)際上，由于許多標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線(xiàn)協(xié)議都采用2.4GHz ISM頻段，許多專(zhuān)家已經(jīng)在擔(dān)心使用這個(gè)頻段的設(shè)備之間的干擾問(wèn)題。而這無(wú)疑將增加標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的使用成本。

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如何降低無(wú)線(xiàn)功能帶來(lái)的功耗？

顯然，增加無(wú)線(xiàn)功能帶來(lái)的最大問(wèn)題是功耗的增加，如何降低無(wú)線(xiàn)功能帶來(lái)的功率消耗是設(shè)計(jì)者考慮的頭等大事。無(wú)線(xiàn)設(shè)計(jì)人員的挑戰(zhàn)是要在不影響 RF 信號(hào)完整性的前提下把電池壽命延至最長(zhǎng)。在 RF 設(shè)計(jì)中，決定功率管理的實(shí)現(xiàn)方法有多個(gè)考慮因素。成本、電路板空間、效率及噪聲抑制等都是設(shè)計(jì)人員能否獲得最佳設(shè)計(jì)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(kāi)始就能明確決定目標(biāo)和取舍，設(shè)計(jì)人員就能夠避免日后設(shè)計(jì)中的許多麻煩。

除了設(shè)計(jì)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(jì)的給定天線(xiàn)輸出功率低。從而達(dá)到提高能效的效果。

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未來(lái)趨勢(shì)

預(yù)測(cè)無(wú)線(xiàn)設(shè)計(jì)趨勢(shì)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(shì)。提高RF產(chǎn)品的集成度是各個(gè)供應(yīng)商采取的主要措施之一。隨著藍(lán)牙（EDR、UWB）和802.11（802.11n-MIMO）更新版本的推出，無(wú)線(xiàn)技術(shù)將能夠廣泛滲透到便攜式消費(fèi)設(shè)備中。

陳志謙經(jīng)理特別強(qiáng)調(diào)Noridc的nRF24Z1瞄準(zhǔn)MP3播放器和無(wú)線(xiàn)頭戴式耳機(jī)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(jí)音頻這已經(jīng)是綽綽有余了。而藍(lán)牙就達(dá)不到這個(gè)質(zhì)量，所以有些Hi-Fi雜志稱(chēng)藍(lán)牙耳機(jī)聽(tīng)起來(lái)尖細(xì)些和缺乏動(dòng)態(tài)。

無(wú)線(xiàn)技術(shù)將在未來(lái)幾年中扮演重要的角色，便攜式設(shè)備無(wú)線(xiàn)化如何演進(jìn)？我們將密切關(guān)注。

原文標(biāo)題：【媒體報(bào)道】給便攜式設(shè)備增加無(wú)線(xiàn)功能要面臨哪些選擇和挑戰(zhàn)

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