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低功率ULP藍牙晶片 減少電力需求延長使用時間

更新日期:2008-07-09

自從藍牙技術發明以來,已經是攜帶型裝置中不可或缺的一項技術,由於功率低,耗電低,像是手機耳 機幾乎全都使用藍牙作為解決方案,而一些高單價的無線滑鼠,也是用藍牙取代容易受干擾的其他無線技術。下一代的藍牙技術,一方面向更高的頻寬發展,另一方 面卻向頻寬更低的方向走,由於低頻寬可以降低功率需求,藉此延長電池壽命,也許下一代的ULP藍牙技術,將會變成數位家庭控制技術的核心。

藍牙與Wi-Fi在差不多時間推出市面,兩個規格的制訂精神卻有相當差異。以Wi-Fi來說,一開始時是802.11a 與802.11b兩種,提供較遠的距離與較高的頻寬,11Mbps目的是取代當時常用的100Mbps有線乙太網路設備;另一方面,藍牙的規格雖然距離也 可以到100公尺,但藍牙的頻寬較低,一開始是1Mbps,較重視電池壽命的問題,因此這幾年發展下來,802.11b與後續的802.11g,幾乎變成 無線網路的唯一代言人,但他汲取較多的電力,也需要較大的電池才能因應。藍牙因為
可以用較小的電池應付較低的電力需求,像耳機的音頻信號對傳輸頻寬要求不高,反而對系統重量較為重視,因此被藍牙技術所壟斷。

現 有的藍牙技術是 Bluetooth 2.0,對使用者來說,基本上沒什麼改變,也許有人注意到產品包裝上,寫著不太顯眼的「EDR」三個英文字母,這是說他的頻寬是3Mbps,比之前的快3 倍。至於下一代的藍牙,改進之處已經宣稱好一段時間了,他們要使用剛商業化不久的超寬頻技術UltraWide Band(UWB)做為核心,將Bluetooth 3.0一口氣推到53Mbps甚至480Mbps,由於無線USB (WUSB)也是要使用相同的WiMedia Alliance UWB技術,目標是訂在480Mbps甚至1Gbps,所以也許未來WUSB與Bluetooth 3.0可以相容也說不定。

朝向更低功率邁進

制訂並維護藍牙規格 的Bluetooth SIG組織,並沒有保證Bluetooth 3.0將會有更低功率,或是更長的電池壽命,因為功率與頻寬往往是一起成長,但是Bluetooth SIG仍然有很積極動作,另外推出了超低功率的藍牙技術,稱為ULP Bluetooth。(Ultra Low Power,極低功率)

ULP 的前身是Wibree技術,Wibree跟另一個已經商業化的低功率技術ZigBee有得拼,都是想要以非常低的功率達成數位無線網路,而且這網路必須能 用一顆鈕釦電池便可工作十年!讀者們可以回想一下,你身邊有什麼電子產品是省電到這種地步的?就算是電子錶,也差不多要三、四年換一次電池。

以數字來說,ULP的功率消耗只有Bluetooth 2.0的1/10,而且
這是在傳遞時的功率消耗,ULP
又用了很多通訊電路的設計技巧,讓電路長期處於睡眠狀態,而工作時在較少的頻道做事,也用簡化通訊協定的方式,讓ULP
只要1/50的時間,就傳遞完成一些簡單資料,再回去睡眠模式。這樣做可以將電池壽命拉到最長,但頻寬也會降得很低,理論上限是1Mbps。

ULP的功用

這樣的低功率低頻寬系統,究竟有什麼用途呢?ULP目的之一是實現無線感測網路(Wireless Sensor Network),將很多個無線裝置裝上感測器,或是給予簡單的數位控制能力,構成網路後可以透過無線方式得知周遭環境狀態,或是給予控制信號。

以 日前藍牙晶片的最大製造商CSR,在醫學會議中展示的ULP應用來說,可以用ULP將心跳監視器與手機以無線方式連結,因為心跳速率是個很簡單的數字,也 不需要一秒傳遞很多次,因此心跳監視器可以每隔一段時間,才送信號告訴手機自身裝置的存在,保持連線順便告訴手機使用者現在的心跳數字。由於ULP的功率 很低,這種系統可以讓病患身上的心跳監視器好幾年才換一次電池,而且也不用擔心無線電波是否對人體造成影響。

無線感測網路的作用並不只是 監測心跳,我們並不是美國國防部,提到無線感測網路,他們的第一個想法就是怎麼用在戰場上偵測敵人動靜,讓一顆電池可以偵測敵人部隊行徑長達一年以上。在 日常生活中,無線感測網路經常提及的點子都與居家健康照護有關,像CSR所示範的心跳監測,還有一些慢性病患的血氧監測、呼吸監測等,都是許多研究單位想 實現的目標,超低功率的無線裝置讓這件事變成可行,而Bluetooth ULP甚至與通用的資訊設備相容,這代表醫院或病人家屬,不但可以用最低的成本獲得一個可靠裝置,而且使用上就像是一般的電腦設備,不需要花時間另外學 習。

用一堆感測器偵測人體的狀況,不是用在醫學,就是用在運動訓練上,但最近遊戲的發展,讓感測器還多了娛樂用途。以終於準備在國內上市的任天堂Wii來說,他最重要的設計,就是在搖桿(Wiimote)內加裝了微機電三軸加速度感測器,可以測量你的動作方式,進而推論出打棒球或保齡球的手勁。Wii除了紅外線定位裝置外,光靠一顆三軸加速度感測器就可以做出這樣多花樣,如果使用更多的感測器呢?像是微機電陀螺儀,可以偵測旋轉率,體積也一樣迷你;或是空氣壓力計,可以檢查在運動時呼吸是否雜亂,而這就要靠各遊戲開發商的想像力了。

遙控器隨時顯示 電器運轉情形

我們 不知道未來的體感遊戲會進步到什麼程度,但我們可以確定的是,除非是使用攝影機拍攝人體動作,不然一定要使用到更多的感測器,而且必須以無線方式與主機連 結,也許Bluetooth ULP也會在這邊大展長才,就跟任天堂Wii一樣,以現成的藍牙技術連結Wiimote與主機,都是看中藍牙的可靠度與低功率特性。

另一 方面,數位家庭有一個夢想,是讓許多裝置都可以用一支遙控器控制,這不只是電視機、光碟機與冷氣機而已,還包含家中的所有電器設備,上至頭頂的燈泡,下至 音響的開關,都可以做到。更進一步,既然都可以無線連線了,遙控器上也可以知道家中各裝置的狀況,像是冷氣是否在運作,燈泡是否燒毀該換新的,都可以將資 訊彙整於遙控器上,或是傳輸至家中的電腦一目了然,甚至回報給遠遊在外的主人,這將是未來幾年低功率藍牙技術要努力的目標。


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    Tommy88Chang 發表在 痞客邦 留言(1) 人氣()