產(chǎn)品開發(fā)在過去較為簡單。設(shè)備以往是自足式的，大多數(shù)都沒有智能和連接功能。隨著物聯(lián)網(wǎng)的全力發(fā)展，過去簡單的日子一去不復(fù)返了。無論是煙霧和CO2檢測器，還是咖啡壺、冰箱，一切能夠想到的設(shè)備都紛紛連接到互聯(lián)網(wǎng)。這使得不熟悉射頻細微差別的系統(tǒng)設(shè)計人員不得不將某種形式的無線技術(shù)集成到設(shè)計中。

這對硬件和軟件都提出了挑戰(zhàn)，使設(shè)計團隊難以決定是選擇自建無線電來增加差異性并嘗試降低成本，還是購買和集成射頻模塊。

如果決定購買，那么Wi-Fi、藍牙和ZigBee模塊是三大首選的無線協(xié)議，它們已經(jīng)可用于幾乎所有可能的設(shè)備中。雖然高效，但集成這些模塊仍需要掌握相關(guān)軟件和射頻特性細微差別的高水平專業(yè)知識，這恰恰可能是許多開發(fā)人員所不具備的。

自建與購買

雖然工程師可能傾向于自建定制的無線電模塊，但真正開始前必須考慮眾多因素。

從頭開發(fā)任何無線電模塊，無論是采用Wi-Fi、低功耗藍牙技術(shù)(BLE)、ZigBee，還是其他標準無線電，都將花費大量時間。此外，如果無線電認證機構(gòu)用于測試和數(shù)據(jù)審查的周期較長，則可能出現(xiàn)延遲。這段時間本可專注于設(shè)計的其他方面，但關(guān)鍵的資源卻被占用，這對于小型企業(yè)或初創(chuàng)企業(yè)來說無疑是一個巨大的風險。

從頭開發(fā)無線電模塊不僅給開發(fā)周期增加潛在的延遲，還帶來與認證相關(guān)的額外成本。使用預(yù)認證的無線電模塊，可以使認證成本忽略不計。另一方面，認證模塊需要初始資本投資，通過認證后，還需持續(xù)進行維護并滿足合規(guī)要求。

如果團隊正構(gòu)建大批量產(chǎn)品或者此產(chǎn)品的衍生品也將采用相同模塊，那么對于他們而言設(shè)計模塊很有必要。批量生產(chǎn)定制模塊將花費5美元至10美元，而購買預(yù)認證模塊的價格為15美元至40美元，具體取決于模塊的類型。對于需要快速上市的小批量產(chǎn)品，可以采用預(yù)認證模塊。對于設(shè)計周期更靈活的大批量項目，定制的方案可能更具有經(jīng)濟效益。

盡管如此，在大批量應(yīng)用中也可采用預(yù)認證方案。舉例來說，就小批量而言，DigiXBEE?SX模塊價格為35美元（圖1）。開發(fā)團隊如果只考慮硬件成本，可能認為每個裝置35美元過于昂貴，因此選擇自己設(shè)計模塊，但這是極其錯誤的。

DigiXBEE?SX模塊集成了ZigBee堆棧、各種開發(fā)工具和軟件，開發(fā)費用可能多達數(shù)十萬美元。如果考慮到軟件堆棧開發(fā)成本，特別是對于合理實施協(xié)議特征的穩(wěn)健軟件堆棧，構(gòu)建模塊將提升到完全不同的開發(fā)專業(yè)水平。

圖1：像DigiXBEE?SX這樣的長距離模塊對于小批量應(yīng)用來說價格富有競爭力，其通信范圍可達9到65英里

使用預(yù)認證模塊簡化設(shè)計

借助預(yù)認證的無線模塊，開發(fā)團隊能夠降低總開發(fā)成本，并加快上市速度。雖然此類技術(shù)無處不在，但實施過程極其復(fù)雜，需要特殊的專業(yè)知識來提供利用協(xié)議特征的簡單接口。預(yù)認證模塊肯定能簡化設(shè)計、縮短上市時間，但并非所有的預(yù)認證模塊都完全相同。

在選擇無線模塊時，功能集的可擴展性是要尋找的關(guān)鍵功能。隨著產(chǎn)品不斷演進，如果從核心功能集過于局限的部分開始設(shè)計，那么當需要更多的特征和復(fù)雜性時，整體設(shè)計會受到限制。ZigBee可擴展解決方案的一個典范，就是DigiXBEE?解決方案。開發(fā)人員可在此獲取能傳輸距離從幾百英尺到最遠65英里的模塊，而無需或只需少量開發(fā)開銷。

在設(shè)計中應(yīng)優(yōu)先考慮的另一個特征是物理尺寸。與集成或定制的解決方案相比，某些預(yù)認證模塊可能尺寸大、占據(jù)較大空間。由于許多工業(yè)設(shè)計師想要創(chuàng)造出外觀流暢、輕薄且富有吸引力的設(shè)備，因此應(yīng)避免采用占據(jù)大量空間的龐大模塊。TexasInstrumentsCC2564MODNCMOET藍牙模塊尺寸為7.1mm×7.1mm×1.4mm，十分時尚小巧，并已通過FCC和CE合規(guī)性的預(yù)認證（圖2）。

圖2：TexasInstruments的CC256MODN藍牙4.1雙模HCI模塊已獲得全面認證，具備低功耗藍牙特性

一旦選擇了預(yù)認證的模塊，必須注意確保其正確安裝到PCB上。例如，對于包含板載天線的模塊，天線下方或制造商規(guī)格書中指定的禁區(qū)內(nèi)不得有任何接地層或金屬，否則可能會影響天線的阻抗，并可能造成天線失諧，使通信變得非常不穩(wěn)定。由于金屬會影響天線性能，因此還須確保設(shè)備外殼設(shè)計合理。

對用于啟動并運行模塊的軟件開發(fā)工具和堆棧，需要進行仔細的考量。一些模塊在運行時需要大量外部軟件進行設(shè)置和配置。如果這些軟件堆棧不是由制造商提供，則開發(fā)團隊可能需要寫數(shù)千行代碼，才能保證預(yù)認證模塊正常工作。在此類情況下，制造商必須提供具有良好硬件抽象層的微控制器代碼示例，以實現(xiàn)便攜性。

優(yōu)選模塊在啟動時最多需要一個基本配置命令，隨后在UART上僅需透明傳輸和串行數(shù)據(jù)接收。

混合解決方案能結(jié)合以上兩種解決方案的優(yōu)勢

幸運的是，開發(fā)人員在尋求無線解決方案時，不只有自建或購買這兩種選擇。他們還有第三個可行的解決方案，即混合方法。通過使用無線物聯(lián)網(wǎng)平臺，如SiliconLabsGecko無線物聯(lián)網(wǎng)平臺（圖3），他們可以選擇將兩種解決方案的優(yōu)勢部分相結(jié)合，或選擇帶有集成無線前端的微控制器。在這兩種情況下，開發(fā)團隊都需要尋找一些參數(shù)，以確保成功。

圖3：SiliconLabsBlueGecko無線物聯(lián)網(wǎng)平臺開發(fā)套件開箱即用，可直接連接微控制器、藍牙和軟件堆棧

首先，無線產(chǎn)品中使用的任何平臺或微控制器都必須具有高能效。雖然物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可由電池和電網(wǎng)供電，但部署數(shù)十億的設(shè)備而不考慮能耗是絕對不行的。選擇低功耗微控制器，如STMicroelectronicsSTM32L0或NXPKinetis-L81，可幫助確保與該產(chǎn)品相關(guān)的主控制器具有高能效。由于這些微控制器還支持各種預(yù)建驅(qū)動程序和軟件開發(fā)工具，開發(fā)人員能快速啟動并實施無線解決方案。

其次，專門針對無線解決方案的微控制器將無線收發(fā)器內(nèi)置于微控制器中，可減少零件數(shù)量、加速認證過程，進而節(jié)省時間和成本。一個完美的例子是SiliconLabsEFR32FG1P132F64GM32-C0，它含有一個板載藍牙收發(fā)器。此微控制器設(shè)計為低功耗MCU，并得到軟件庫的支持，可操作藍牙堆棧。

集成解決方案為開發(fā)人員提供了綜合選項，實現(xiàn)從頭開始自建與購買預(yù)認證模塊之間的平衡。很多時候，有一些經(jīng)認證的參考設(shè)計，如果遵循這些設(shè)計，能大幅縮減開發(fā)和認證時間。開發(fā)人員需認識到，內(nèi)置有無線收發(fā)器的微控制器將用部分處理時間管理無線堆棧，這會略微降低其整體性能。開發(fā)人員需確保小心編寫軟件，以免CPU過載或錯過任何實時調(diào)度額定截止時間。

另一個潛在的問題是集成收發(fā)器仍需外部天線元件。開發(fā)人員需仔細遵循其參考設(shè)計，如果其傳輸線路設(shè)計不合理，可能會將項目延遲數(shù)月。在大多數(shù)情況下，IC供應(yīng)商非常樂意審查任何設(shè)計，并提供意見和建議，以確保過程順利進行。

結(jié)論

決定自建、購買還是集成無線功能，是讓人相當困惑的設(shè)計問題。一般而言，開發(fā)人員只會關(guān)注與舊無線技術(shù)相關(guān)的硬件設(shè)計和制造成本。這種方法的問題在于今天的無線通信不再是簡單的硬件解決方案，而需要一組復(fù)雜的軟件堆棧和工具才能使模塊正常工作。雖然在設(shè)計之初，自建模塊極具吸引力，但這存在眾多風險和潛在障礙，而采用預(yù)認證模塊或利用集成解決方案的風險則要低得多。