從Zigbee發展進程尋找短距離無線技術新舞臺

在不久前飛思卡爾于深圳舉行的FTF China 2007上,汽車電子、MCU、應用處理器、聯網技術等出盡了風頭。與之相比,雖然并未占據顯著展臺,但是由于展出了Citygrow科技公司已經面市的Zigbee調光器、電源插座、1位/2位開關,以及臺灣設計公司根據客戶需求生產的Zigbee條碼掃描儀(即將投入量產)等產品,Zigbee在本次FTF上同樣吸引了眾多工程師的關注。作為Zigbee聯盟成員之一,飛思卡爾多年來一直都在努力推動Zigbee生態環境的建立。而此次相關產品的集中展示,也似乎證實了Zigbee支持者們的說法:全球Zigbee市場已經開始起步。

飛思卡爾無線及移動系統部無線電產品分部市場經理鄺景亮向我們列舉了一系列數字:2006年,全球Zigbee芯片組出貨量達4百萬片,收入超過2,000萬美元；到2010年,該數字有望增長10倍,達到2億美元。“其中超過80%的市場將屬于頻段的Zigbee。”Kwong介紹,“868/915MHz也會因為.4 2006的發布和未來.4c和.4d的發布而受到推動。”

Zigbee的起步在于找到了合適的應用市場。例如,節能是ZigBee的一大特色,以飛思卡爾最新推出的MC1322x為例,“RF+MCU”解決方案的耗電量不足20mA,在睡眠狀態時的耗電量更是僅為1-2μA。正因如此,不少OEM廠商將其用在了燈光控制中。“Zigbee特別適合燈光控制,因為電燈開關在99.9%的時間里都處于休眠狀態,只會周期性地喚醒數毫秒來檢查傳感器或查詢其他無線收發器,所以節點的總功耗接近休眠模式的功耗。”Kwong介紹,“此外,不同廠商之間的Zigbee產品還可以實現互操作。”

在控制領域,與1個藍牙主設備僅可以鏈接7個從設備相比,ZigBee協議理論上可以在同一個網絡中支持超過65,000個設備。“當然實際工作中無法實現65,000個節點,因為每一個點都使用相同的頻段,同時傳送和接收會使網絡出現堵塞。在控制領域等實際應用中,幾百個點最為合適,目前我們的產品最大可以實現數千個點同時工作。”鄺景亮解釋道。

截至目前,飛思卡爾在Zigbee上的產品已經發展到第三代了。據鄺景亮介紹,第一代產品是單獨射頻部分；第二代是將射頻和單片機封裝在一個芯片中；第三代產品被稱作套裝平臺(PiP, Platform in Package),以MC1322x為代表,將ZigBee應用的基礎組件整合在單一套件中。MC1322x平臺將一個32位MCU、一套完全兼容.4的收發器、平衡-不平衡變壓器,以及RF匹配組件全部整合在一個小巧的LGA封裝中,幾乎完全不需要外部RF組件。

不過,鄺景亮也表示,Zigbee仍需要繼續尋找能夠實現大批量生產的決定性驅動力量。除了在展臺中展示的產品,鄺景亮還列舉了幾個客戶目前正在進行的設計,如Wi-Fi網絡探測器、同時可以帶4個攝像頭的家庭監控網絡、佩戴在學生身上進行模糊定位以及緊急事故報警的安全網絡等等。

事實上,除了監控、自動化、工業控制應用外,飛思卡爾還通過與索尼公司的合作,將Zigbee帶入了家庭娛樂領域,而該舉,很可能就此引發Zigbee的使用熱潮。去年8月29日,索尼宣布其推出的15款新型“BRAVIA”系列液晶電視中,有13款配備了采用飛思卡爾Zigbee技術的無指向性RF遙控器,以此代替傳統的紅外線遙控器。“使用Zigbee技術,今后的遙控器不僅能夠控制電視,還可以通過置于電視機上的按鍵尋找遙控器、同時進行DVD控制、照明控制、空調控制甚至DLNA及ECHONET標準家庭內網統一控制。”鄺景亮表示,“今年年初,消費者就會在市場上陸續看到相關產品的推出。”

而如此誘人的RF遙控器領域并非只有Zigbee一個“玩家”,315MHz的RF、的超低功率RF以及藍牙產品,都是該領域的競爭選手。目前,夏普已經將Cypress的射頻技術用在其下一代互聯網AQUOS遙控器中；而在家庭游戲系統中,任天堂的Wii、索尼的PlayStation 3等,則使用了藍牙標準。與他們相比,Zigbee的最大優勢就在于低功耗。

RF遙控器的出現無疑為幾個短距離無線技術打了一劑“強心針”,同時也暗示著紅外線在電視遙控器中超過30年的使用即將成為歷史,雖然這在短期內還不會發生。因為與紅外線技術相比,RF遙控器所使用的無線規格紛雜,很難像紅外線遙控器那樣通過調整實現兼容,因此鄺景亮所提到的完美的智能家庭控制“藍圖”目前看來還很難實現。因此,對于RF遙控器而言,盡早建立行業統一標準,解決不同設備之間的互操作性問題,才能使該市場盡快起飛。

除了Zigbee技術,在短距離無線領域,藍牙技術今年仍將保持迅猛的發展勢頭。有報告指出,隨著手機藍牙普及率的不斷提高,2007年,全球藍牙終端設備出貨量預計超過了8億個,比2006年增長40%以上,而游戲機設備在2007年已經超過藍牙耳機,成為僅此于手機的第二大應用。而NFC技術,卻由于涉及到支付安全、政府法規、產業環節緊密協調等方面的因素,在短期內仍然無法實現大規模應用。

短距離無線充電

2008年另一個值得期待的技術就是短距離無線充電。目前,中國市場上也在出售一種無線充電器,但是它并非真正意義上的無線充電,僅僅是一個備用電池。我們這里所討論的無線充電器,是指不通過物理聯接就能傳送電能,實現為手機、MP3、藍牙耳機等耗電量相對較小的電子產品充電的目的。當然,這是大家首先想到的應用手段,事實上,短距離無線充電還可以實現為低功耗無線傳感器網絡以及病人體內的醫用植入設備進行充電。

目前,實現無線充電主要通過三種方式,即電磁感應、無線電波、以及共振作用。目前最為常見的充電墊解決方案就采用了電磁感應,通過初級和次級線圈感應產生電流,從而將能量從傳輸端轉移到接收端,該解決方案提供商包括英國Splashpower、美國WildCharge和Fulton Innovation等公司。從Splashpower網站我們可以看到,該公司目前可以實現在一個充電墊上對一部數碼相機和一部手機同時充電,但是該公司發言人也在近期表示,其首款帶有Splashpower功能的消費類終端產品將不會于2008年下半年前面世。與之相比,Fulton公司的商業化表現更佳,已經宣布與摩托羅拉、家具制造商Herman Miller以及汽車部件制造商Visteon公司合作來推廣其技術。事實上,電磁感應解決方案在技術實現上并無太多神秘感,中國本土的比亞迪公司,早在2005年12月申請的非接觸感應式充電器專利,就使用了電磁感應技術。因此目前該領域供應商采取的措施,就是使產品盡早上市,成為該領域的“事實標準”,從而成為最終的事實標準。

無線電波是另一個發展較為成熟的技術,其基本原理類似于早期使用的礦石收音機。該領域的代表公司Powercast表示,其最終研制的微型高效接收電路,可以捕捉到從墻壁彈回的無線電波能量,在隨負載作出調整的同時保持穩定的直流電壓。只需一個安裝在墻身插頭的發送器,以及可以安裝在任何低電壓產品的“蚊型”接收器,Powercast解決方案就可以將無線電波轉化成直流電,在約1米范圍內為不同電子裝置的電池充電。目前,該公司已經與菲利浦公司簽署了合作協議。

另一種尚在研究中的技術是電磁共振。由麻省理工學院(MIT)物理教授Marin Soljacic帶領的研究團隊利用該技術點亮了兩米外的一盞60瓦燈泡,并將其取名為WiTricity。該實驗中使用的線圈直徑達到50cm,還無法實現商用化,如果要縮小線圈尺寸,接收功率自然也會下降。因此,他們預計在未來幾年內,最終開發出能夠安全為筆記本電腦和其它設備的無線充電產品。

任何希望能夠進行無線充電的設備,都需要內嵌接收器,這很可能會增加產品的成本和重量,并形成一個“雞和蛋”的問題。此外,不同公司的充電器和被充電設備的不相容,也將成為無線充電技術的真正難題,從而減慢消費者的接受速度。簡言之,短距離無線充電技術由于涉及到可能的射頻泄漏、授權的無線電波頻段、標準化、成本等問題,其大規模商用還尚需時日。但是不可否認,移動電子產品對低功耗的追求(比如MP3可以用不到30mA的電流工作)為無線充電產品提供了一個廣闊的應用空間。而且考慮到Apple、Motorola、LG以及NTT DoCoMo等著名公司對無線充電技術的關注,相信不久之后,帶有“支持無線充電”字樣的數碼產品就將成為市場的主流。

表1:三種短距離無線充電技術比較

作者: 唐曉琪, Vivian Tang