解決Wi-Fi在IoT應用中功耗大痛點

作者: 廖均,EDN China

對一些物聯網應用和設備而言,Wi-Fi並不一定是很好的選擇,尤其是對電池供電的設備,功耗較大是Wi-Fi通訊技術的致命缺點。

隨著物聯網(IoT)應用與市場的持續發展,物聯網逐漸融入到我們的日常生活中,包括交通、零售、醫療、家居等。物聯網設備能夠感知和測量物理世界,收集人類的各種活動資料,促進了智慧、自動化、自主命令和控制技術的廣泛部署,從而改善未來人類社會和經濟生活的方方面面。

根據GSMA統計資料顯示,2010~2018年全球物聯網設備數量高速增長,年複合成長率達20.9%;2018年,全球物聯網設備連接數量高達91億台。「萬物互連」成為全球網路未來發展的重要方向,GSMA並預測,2025年全球物聯網設備連網數量將達到252億台。

在實現物聯網的短距無線通訊技術中,Wi-Fi是目前應用較廣的一種技術,內建Wi-Fi的電子設備和終端包括:智慧型手機、筆記型電腦、平板電腦、AP/無線路由器、智慧手錶/手環、無線印表機、智慧音箱、智慧門鎖、Wi-Fi攝影機,以及各類感測器(洩漏感測器、煙霧感測器、溫度感測器)等。

圖1 Wi-Fi的應用領域。(圖片來源:Dialog)

然而,隨著5G技術的日趨成熟,人們都在問,Wi-Fi還有沒有存在的必要?是否未來資料流量都將透過行動網路傳輸呢?根據思科的一項調查,在目前的4G網路時代,已經有59%的資料流量是利用Wi-Fi網路傳輸,而到5G時代將有71%的資料流量經過Wi-Fi,經5G網路處理的流量反而下降到低於30%。

圖2 資料流量透過行動通訊網路和Wi-Fi網路傳輸的比例。(圖片來源:紫光展銳)

在Gartner發佈的2019年無線通訊技術的十大趨勢中,Wi-Fi位居榜首。雖然Wi-Fi已存在很長一段時間,但從現在到2024年,它仍將是家庭和辦公場所的主要高性能網路技術。

據IDC資料統計預測,到2023年全球Wi-Fi設備存量將達到200億部,而每一代Wi-Fi標準的設備出貨量都很大,預計Wi-Fi 6設備到2023年出貨量將達到50億部。

實際上,對一些物聯網應用和設備而言,Wi-Fi並不一定是很好的選擇,尤其是對電池供電的設備,功耗較大是Wi-Fi通訊技術的致命缺點。

為解決這一歷史性的難題,Dialog半導體宣佈推出高度整合、超低功耗的Wi-Fi網路SoC DA16200,以及兩款利用Dialog VirtualZero技術的模組,為Wi-Fi聯網、電池供電的物聯網設備提供突破性電池續航能力。

圖3 DA16200的VirtualZer技術有助於始終保持Wi-Fi連網的物聯網設備實現數年電池續航能力。(圖片來源:Dialog)

隨著智慧門鎖、溫控器和安防監控攝影機等要求始終保持Wi-Fi連網的物聯網設備的興起,設計工程師們也不斷被挑戰開發具有更強電池續航能力的解決方案。與競爭對手的Wi-Fi SoC不同,DA16200是特別最佳化以支持這些電池供電的物聯網設備,DA16200的VirtualZero技術實現的超低功耗,可使設備始終保持連網,並使電池續航能力達到一年乃至三到五年。

該SoC採用演算法驅動的設計,提供最低功耗的解決方案,實現更長的電池續航能力,同時保持Wi-Fi連網,確保終端使用者保持對其設備的控制。

高度整合的DA16200自主運作整個Wi-Fi系統、安全和網路通訊協定棧,無需外部的網路處理器、CPU或微控制器。它包含一個802.11b/g/n PHY、基頻處理器、MAC、片上記憶體、專用加密引擎、和Arm Cortex-M4F主機網路應用處理器,這些全部整合在單晶片上。

為了實現更寬的覆蓋範圍,並且不犧牲電池續航能力,DA16200還整合了一個功率放大器(PA)和低雜訊放大器(LNA),為用戶提供了產業領先的輸出功率和接收器靈敏度。

除了DA16200 SoC晶片,Dialog還推出了兩款基於DA16200的模組,提供了輕鬆簡單地實現Wi-Fi的靈活性和設計選項,確保所有客戶都能從該SoC的高整合度和可配置的易用性獲益。這兩款模組都包含了4MB快閃記憶體和所有需要的RF元件,包括一個晶體振盪器、RF集總濾波器、一個板載陶瓷天線或用於連接外部天線的u.FL連接器。

圖4 DA16200晶片框架圖。(圖片來源:Dialog)

Dialog半導體連接和音訊市場部的市場行銷總監崔南岫表示,與其他晶片相比,DA16200能夠在睡眠狀態狀態下保持網路連接,同時載入網路證書,使應用、AP和雲平台三方一直保持連接,同時還具有超低功耗。

值得一提的是,為了滿足客戶的應用需求,Dialog還設計DA16200模組,模組中除了DA16200的晶片,還包括記憶體、RF元件、晶體振盪器、濾波器、天線等。

Dialog此次發佈的另外一個模組是組合Wi-Fi+BLE的DA16600。「剛好我們公司DA14531 BLE晶片也是超低功耗,也是非常低成本的晶片,再加上我們的DA16200這個晶片,所以就把這兩顆晶片組合在一起。」崔南岫表示,「我們的下一代產品會將Wi-Fi和藍牙功能做在一顆SoC上,為客戶提供更好的方案。」

這兩款模組均經過全面認證,可全球範圍使用,認證包括FCC、IC、CE、Telec、Korea和SRRC。此外,該SoC和兩款模組都經過Wi-Fi CERTIFIED認證,可實現互連互通。

DA16200 SoC和兩款模組具有產業領先的安全協定,包括最新一代硬體加密引擎和認證標準,防範潛在威脅。這些產品都符合WPA/2/3個人和企業級加密標準,並具有TLS和HTTPs上層安全。此外,該SoC和模組可安全啟動和除錯,並提供安全的儲存。

另外,針對DA16200 SoC晶片和模組的評估板以及完整軟體發展套件(SDK)現已開始提供。SDK包括示例應用程式、配置應用程式、AT命令庫、電源管理工具等。

本文為EDN China原創文章

 

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