按照IEEE 802.15.4定义的ZigBee标准,尚未被少数大厂所垄断,相关SoC单芯片设计方案则被广泛应用于智能家庭控制、建筑监测、工业生产自动化以及医疗应用等领域,并成为低功耗RF解决方案的重要基础。ZigBee标准工作频段可分为一般的2.4GHz、欧洲的868MHz以及美国的915MHz,利用2.4GHz频谱资源的还包括Bluetooth和Wi-Fi应用,因此如何有效提高ZigBee芯片设计的附加价值、进一步巩固扩展ZigBee的应用基础、强化ZigBee传输的安全性优势,便是芯片厂商考虑ZigBee多元化应用之际必须先行规划设计的要点。

图为TI亚洲区市场经理陈雄基。(Source:HDC)
图为TI亚洲区市场经理陈雄基。(Source:HDC)

TI亚洲区市场经理陈雄基特别指出,藉由无线射频RF远程遥控的技术优势,在于其具备双向沟通功能、不必局限于直线讯号传递模式、可弹性链接各类装置、可扩大网络覆盖范围、可提升用户经验及可靠度,并且具备低功耗省能特性。陈雄基并表示,ZigBee以128bit AES作为加解密算法的方式,目前尚未被破解过,应用在多点拓朴架构的无线感测网络(Wireless Sensor Network;WSN)更显相得益彰。

陈雄基表示,现在包括SONY、Philips、Panasonic、Samsung等四家大厂,与ZigBee Alliance进一步合作推广ZigBee RF4CE规格标准,并邀请TI、Freescale和OKI一同参与,以无线射频技术作为远程遥控的基础,此规格首先将以电视遥控器、AV系统和自动家居环境作为主要应用范畴。这将进一步扩展ZigBee无线遥控在数字家庭应用领域的影响力。陈雄基指出,一套完整的2.4GHz射频系统单芯片解决方案,不仅要支持 IEEE 802.15.4标准,并且还要能外延支持ZigBee PRO网络、ZigBeeRF4CE射频遥控与影音消费电子产品,以及在欧美澳等地逐渐普及的智能能源(smart energy)电表管理系统和个人可携式无线医疗照护装置等。

陈雄基进一步说明表示,为因应各类低功耗RF传输应用,ZigBee单芯片本身的通讯链路计算(link budget)便非常重要。现在TI新一代ZigBee为基础的RF单芯片,其link budget可从94dB提高到101dB,不仅灵敏度提高,输出功率也提升至4dB,可满足各类低功耗RF传输距离的应用需求。另一方面ZigBee在2.4GHz频段与其他标准共存,藉由跳频设计降低彼此干扰、提高物理层抗干扰能力为首要之务。TI在相邻频道拒斥(Adjacent Channel Rejection;ACR)能力可提升到49dB,在软件堆栈层亦设计跳频控制功能,可有效与其他无线标准在2.4GHz共存运作,避开干扰频段。陈雄基说明指出,ZigBee、Bluetooth和Wi-Fi在应用上仍有明显区隔,一般而言,蓝牙传输特性在于FSK物理层本身带宽窄,传输距离较短;Wi-Fi则是以高速传输数据应用而设计,至于ZigBee传输距离长,且可支持各种网络拓朴。

此外为因应各类应用环境,TI新一代以ZigBee为基础的低功耗RF方案,温度容忍范围从以往的-40~85℃,提升到工规标准的-40~125℃,并整合RF收发器芯片、微控制器、8KB RAM和容量可扩充到256KB可编程闪存,其容量可因应电表管理智能能源系统的应用需求。此外其可支持DMA、GPIO、USARTs、ADC、timers等周边,并提供可下载免费的协议软件堆栈和开发工具,可根据系统要求选择低成本网络协议;各类开发工具包亦可针对精简型点对点应用、多点网络应用沟通和电池供电网络布建点进行相关设计。