Comparaison de RF propriétaire et Bluetooth

Les concepteurs disposent de nombreux choix en matière de connectivité sans fil dans des applications allant des dispositifs d'interface utilisateur (HID) aux capteurs distants pour l'Internet des objets (IoT). L'une des décisions les plus fondamentales à prendre, et un problème auquel de nombreux concepteurs doivent encore faire face, consiste à choisir une interface RF normalisée telle que Wi-Fi, Bluetooth ou ZigBee ou une couche physique RF (PHY) propriétaire. ) conception et protocole.

Les raisons de choisir l'une sur l'autre sont nombreuses, mais les compromis relatifs en termes de coût, de sécurité, de consommation électrique, d'interopérabilité, de temps de conception, de robustesse face aux interférences, de coexistence, de latence et de certification. Bon nombre de ces compromis sont liés entre eux, de sorte que les concepteurs doivent d'abord déterminer les exigences de conception, puis les optimiser en conséquence.

Cet article traitera des facteurs à prendre en compte lors du choix entre une interface Bluetooth standard et un protocole RF propriétaire. Il présentera ensuite un module Bluetooth 5, suivi d'une solution de silicium sur laquelle un protocole propriétaire pourra être implémenté, avec des directives appropriées sur la manière de démarrer rapidement.


Avantages et inconvénients des RF propriétaires
Les arguments en faveur d’une PHY et d’un protocole propriétaires sont forts si une conception nécessite une optimisation dans le sens de la sécurité, d’une faible consommation, d’une faible empreinte et de performances.

La sécurité est essentielle pour de nombreuses applications, des ouvre-portes de garage aux dispositifs IoT. Avec les radios propriétaires, elle est traitée de différentes manières. Pour commencer, les conceptions propriétaires garantissent la «sécurité à travers l'obscurité», car une interface RF peu connue est plus difficile à pirater. Les interfaces propriétaires ont également tendance à être point-à-point ou à fonctionner dans des systèmes fermés qui ne se connectent pas à des réseaux plus larges et restent cachés. Enfin, les concepteurs d’interfaces propriétaires sont libres de développer leurs propres algorithmes de chiffrement avancés ou d’améliorer ceux déjà établis, sans devoir être interopérables avec les algorithmes de sécurité d’autres fabricants. Le simple fait d'être différent constitue en soi un avantage en matière de sécurité.

Les conceptions radio propriétaires peuvent être avantageuses pour garantir une connexion robuste face aux interférences des réseaux Wi-Fi, des fours à micro-ondes, des téléphones sans fil et des autres réseaux sans fil à faible consommation. Sans être liés à une norme, les concepteurs ont la possibilité de mieux utiliser le spectre en utilisant des techniques telles que le spectre étalé à séquence directe (DSSS) et le spectre étalé à saut de fréquence (FHSS). De plus, ils peuvent adopter leur propre schéma de codage préféré en fonction de leur budget de liaison attendu pour obtenir un débit plus élevé ou une consommation énergétique inférieure.

Cette flexibilité s'applique également à la structure des paquets de données. Sans la surcharge de paquets requise pour assurer l'interopérabilité avec les périphériques sans fil basés sur des normes, la structure des paquets peut être rationalisée en fonction des besoins de l'application.

Du point de vue de la conception du matériel, les exigences de performances bien comprises et l'assurance que ces exigences ne changeront pas à un stade ultérieur permettent d'optimiser l'espace, la puissance et les performances des concepteurs d'une interface RF propriétaire. Ils peuvent le faire en incluant à nouveau uniquement les fonctions requises pour répondre aux besoins de l'application.

Bien que les radiofréquences propriétaires présentent de nombreux avantages, plusieurs facteurs doivent être pris en compte. Le premier est le coût: pour justifier le coût d'ingénierie non récurrent (NRE) d'une conception de CI RF personnalisée et des logiciels associés, en particulier pour les appareils à faible coût, le volume attendu devrait être> 100,000.

Le temps de conception est étroitement lié au coût, en particulier compte tenu des aléas de la conception RF et de la rareté bien documentée de l’expertise RF, ainsi que du temps nécessaire au développement du micrologiciel et du logiciel nécessaires à la réussite de la conception.

Bluetooth largement adopté, toujours adapté
À l'autre extrême, Bluetooth. Conçu à l'origine comme une simple technologie de remplacement de câble de point à point pour les HID et les autres appareils enchevêtrés par les utilisateurs, il est rapidement devenu une solution de connectivité audio et périphérique-appareil sans fil. Bénéficiant d'un contrôle étroit par le groupe SIG (Bluetooth Special Interest Group), Bluetooth est bien compris et les concepteurs peuvent être sûrs que leurs appareils se connecteront et seront interopérables avec les autres appareils compatibles Bluetooth, quelle que soit la source matérielle.

L'adoption large et les périphériques interopérables ont abouti à un matériel et à des logiciels prolifiques, entraînant des coûts moindres et une mise sur le marché rapide pour une conception nécessitant une interface sans fil. En outre, Bluetooth a évolué au fil des ans.

Il a toujours fonctionné dans la bande industrielle, scientifique et médicale (ISM) de 2.4 GHz, à commencer par la modulation GFSK de ses 79 porteuses 1 MHz, ce qui donne un débit de 1 Mbit / s. Cela s'appelle Bluetooth Basic Rate (BR). Son schéma de codage FHSS adaptatif lui permet de continuer à rester robuste face aux brouilleurs, alors même que l'IoT génère davantage de périphériques connectés sans fil. Pour atteindre des débits de données plus élevés, le débit EDR (Enhanced Data Rate) Bluetooth 2.0 + utilise la modulation π / 4-DQPSK (modulation de phase en quadrature différentielle) et la modulation 8DPSK pour atteindre respectivement les débits de 2 et 3.

Bien que Bluetooth soit étroitement contrôlé par le SIG, les concepteurs doivent étudier de près les changements intervenus avec l’introduction de la spécification de base Bluetooth 4.0 dans 2010. Cela a introduit le Bluetooth low energy (BLE), anciennement commercialisé sous le nom de Bluetooth Smart. BLE n'est pas rétrocompatible avec Bluetooth Classic, les concepteurs doivent donc faire attention ici.

Le principal objectif de BLE est la faible consommation. Il accomplit cela en passant de l'approche orientée connexion de Bluetooth Classic, où les périphériques sont toujours connectés, à une approche non connectée où ils ne se connectent que lorsqu'ils en ont besoin pour de courts intervalles. Les applications sont des wearables comme des montres intelligentes et des capteurs pour l'IoT.

La dernière version, Bluetooth 5, double le débit de données BLE en 2 Mbits / s de 1 Mbit / s, et augmente la portée d’une connexion 128 kbit / s par 4x jusqu’à 50 m en utilisant une correction d’erreur directe plus forte. . Le débit de données plus élevé permet de transmettre plus de paquets pour un intervalle de temps donné, ce qui réduit la consommation électrique, car le périphérique peut rester en mode basse consommation ou inactif pendant de longues périodes.

Cette gamme plus longue offre aux concepteurs une plus grande flexibilité en termes de débit de données pour les appareils Bluetooth, y compris les balises. Les balises sont des appareils BLE à pile qui diffusent leur identifiant sur les appareils mobiles situés à proximité, de sorte que ces appareils puissent effectuer certaines actions à proximité de la balise. Populaire auprès des annonceurs, ils permettent également un suivi précis en intérieur et en extérieur.

Cependant, le SIG a mis en œuvre un autre procédé intéressant que les concepteurs d’interfaces RF propriétaires peuvent également faire: ils ont réduit le ratio frais généraux / charge utile, nécessitant moins de transmissions pour envoyer une quantité donnée de données «réelles».

Ce qui a commencé comme une simple technologie de remplacement de câble s'est transformé en quelque chose de beaucoup plus utile. Par conséquent, les concepteurs sont désormais plus enclins à rechercher une solution Bluetooth rapide et simple que de passer par les coûts et les coûts liés à la conception de leur propre interface RF.


S'initier au Bluetooth
Cette tendance à opter pour une interface Bluetooth devient une nécessité au fur et à mesure que les délais de commercialisation diminuent et que les budgets de conception diminuent. Heureusement, pour de nombreux modèles, il y a suffisamment d'espace pour accueillir un module Bluetooth standard, ce qui permettra à l'équipe de conception de se concentrer sur leur application finale et leur différenciation.


Spot personnalisé vs. Bluetooth
Entre une conception radio exclusive entièrement personnalisée et la norme Bluetooth, il existe une autre option: un émetteur-récepteur radio prêt à l'emploi autour duquel les concepteurs peuvent développer leurs propres protocoles et systèmes de codage ou adopter des versions standard telles que Ant, Thread, ou ZigBee. Avec le coût en baisse du silicium disponible et un large éventail de logiciels, cela peut être une «opportunité» pour les concepteurs recherchant une différenciation, une certaine marge d’optimisation et la possibilité d’améliorer la sécurité tout en minimisant les coûts et la conception. horaires intacts.


Conclusion
Il y a de nombreuses raisons de choisir une voie de conception RF propriétaire ou une radio Bluetooth standard. Chacun a sa place lorsqu'il s'agit de répondre aux exigences de conception et d'application en termes de coût, de temps, de performance, de taille, de sécurité et de nombreux autres facteurs. Toutefois, pour les concepteurs souhaitant bénéficier de nombreux avantages en termes de coûts et de temps, ainsi que de la possibilité d'ajouter un certain niveau de différenciation propriétaire, les fournisseurs fournissent désormais des plates-formes matérielles solides sur lesquelles s'appuyer.

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