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兩項值得期待的短距離技術(shù)——RF遙控器和無線充電
作者：唐曉琪
來源：電子工程專輯
日期：2008-01-30 09:13:50
摘要：Zigbee、近場通信(NFC)等小碼流的短距離無線傳輸技術(shù)與靠電磁感應、無線電波、以及共振作用的短距離充電技術(shù)相比，有兩大共同點：首先，它們的作用范圍都在幾十甚至幾米之內(nèi)(無線充電距離更短)；其次，它們目前已經(jīng)基本解決好了技術(shù)層面的問題，要想實現(xiàn)大規(guī)模商用，首要之急是盡快建立良好的生態(tài)環(huán)境。
從Zigbee發(fā)展進程尋找短距離無線技術(shù)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、i.MX應用處理器、聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等出盡了風頭。與之相比，雖然并未占據(jù)顯著展臺，但是由于展出了Citygrow科技公司已經(jīng)面市的Zigbee調(diào)光器、電源插座、1位/2位開關，以及臺灣設計公司根據(jù)客戶需求生產(chǎn)的Zigbee條碼掃描儀(即將投入量產(chǎn))等產(chǎn)品，Zigbee在本次FTF上同樣吸引了眾多工程師的關注。作為Zigbee聯(lián)盟成員之一，飛思卡爾多年來一直都在努力推動Zigbee生態(tài)環(huán)境的建立。而此次相關產(chǎn)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(jīng)開始起步。
飛思卡爾無線及移動系統(tǒng)部無線電產(chǎn)品分部市場經(jīng)理鄺景亮向我們列舉了一系列數(shù)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(shù)字有望增長10倍，達到2億美元。“其中超過80%的市場將屬于2.4GHz頻段的Zigbee?！盞wong介紹，“868/915MHz也會因為802.15.4 2006的發(fā)布和未來802.15.4c和802.15.4d的發(fā)布而受到推動?！?nbsp;
Zigbee的起步在于找到了合適的應用市場。例如，節(jié)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(tài)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?！癦igbee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(tài)，只會周期性地喚醒數(shù)毫秒來檢查傳感器或查詢其他無線收發(fā)器，所以節(jié)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(chǎn)品還可以實現(xiàn)互操作?！?nbsp;
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(xié)議理論上可以在同一個網(wǎng)絡中支持超過65,000個設備?！爱斎粚嶋H工作中無法實現(xiàn)65,000個節(jié)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(wǎng)絡出現(xiàn)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(chǎn)品最大可以實現(xiàn)數(shù)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(chǎn)品已經(jīng)發(fā)展到第三代了。據(jù)鄺景亮介紹，第一代產(chǎn)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(chǎn)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802.15.4的收發(fā)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(xù)尋找能夠?qū)崿F(xiàn)大批量生產(chǎn)的決定性驅(qū)動力量。除了在展臺中展示的產(chǎn)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(wǎng)絡探測器、同時可以帶4個攝像頭的家庭監(jiān)控網(wǎng)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(wǎng)絡等等。
事實上，除了監(jiān)控、自動化、工業(yè)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(fā)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(shù)的無指向性RF遙控器，以此代替?zhèn)鹘y(tǒng)的紅外線遙控器?！笆褂肸igbee技術(shù)，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(diào)控制甚至DLNA及ECHONET標準家庭內(nèi)網(wǎng)統(tǒng)一控制。”鄺景亮表示，“今年年初，消費者就會在市場上陸續(xù)看到相關產(chǎn)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、2.4GHz的超低功率RF以及藍牙產(chǎn)品，都是該領域的競爭選手。目前，夏普已經(jīng)將Cypress的2.4GHz射頻技術(shù)用在其下一代互聯(lián)網(wǎng)AQUOS遙控器中；而在家庭游戲系統(tǒng)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(yōu)勢就在于低功耗。
RF遙控器的出現(xiàn)無疑為幾個短距離無線技術(shù)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(nèi)還不會發(fā)生。因為與紅外線技術(shù)相比，RF遙控器所使用的無線規(guī)格紛雜，很難像紅外線遙控器那樣通過調(diào)整實現(xiàn)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(xiàn)。因此，對于RF遙控器而言，盡早建立行業(yè)統(tǒng)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(shù)，在短距離無線領域，藍牙技術(shù)今年仍將保持迅猛的發(fā)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(jīng)超過藍牙耳機，成為僅此于手機的第二大應用。而NFC技術(shù)，卻由于涉及到支付安全、政府法規(guī)、產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)緊密協(xié)調(diào)等方面的因素，在短期內(nèi)仍然無法實現(xiàn)大規(guī)模應用。
短距離無線充電
2008年另一個值得期待的技術(shù)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(lián)接就能傳送電能，實現(xiàn)為手機、MP3、藍牙耳機等耗電量相對較小的電子產(chǎn)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(xiàn)為低功耗無線傳感器網(wǎng)絡以及病人體內(nèi)的醫(yī)用植入設備進行充電。
目前，實現(xiàn)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(chǎn)生電流，從而將能量從傳輸端轉(zhuǎn)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(wǎng)站我們可以看到，該公司目前可以實現(xiàn)在一個充電墊上對一部數(shù)碼相機和一部手機同時充電，但是該公司發(fā)言人也在近期表示，其首款帶有Splashpower功能的消費類終端產(chǎn)品將不會于2008年下半年前面世。與之相比，F(xiàn)ulton公司的商業(yè)化表現(xiàn)更佳，已經(jīng)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(shù)。事實上，電磁感應解決方案在技術(shù)實現(xiàn)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(shù)。因此目前該領域供應商采取的措施，就是使產(chǎn)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(fā)展較為成熟的技術(shù)，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(diào)整的同時保持穩(wěn)定的直流電壓。只需一個安裝在墻身插頭的發(fā)送器，以及可以安裝在任何低電壓產(chǎn)品的“蚊型”接收器，Powercast解決方案就可以將無線電波轉(zhuǎn)化成直流電，在約1米范圍內(nèi)為不同電子裝置的電池充電。目前，該公司已經(jīng)與菲利浦公司簽署了合作協(xié)議。
另一種尚在研究中的技術(shù)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(shù)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(xiàn)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(nèi)，最終開發(fā)出能夠安全為筆記本電腦和其它設備的無線充電產(chǎn)品。
任何希望能夠進行無線充電的設備，都需要內(nèi)嵌接收器，這很可能會增加產(chǎn)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(shù)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(shù)由于涉及到可能的射頻泄漏、授權(quán)的無線電波頻段、標準化、成本等問題，其大規(guī)模商用還尚需時日。但是不可否認，移動電子產(chǎn)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(chǎn)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(shù)的關注，相信不久之后，帶有“支持無線充電”字樣的數(shù)碼產(chǎn)品就將成為市場的主流。
在不久前飛思卡爾于深圳舉行的FTF China 2007上，汽車電子、MCU、i.MX應用處理器、聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等出盡了風頭。與之相比，雖然并未占據(jù)顯著展臺，但是由于展出了Citygrow科技公司已經(jīng)面市的Zigbee調(diào)光器、電源插座、1位/2位開關，以及臺灣設計公司根據(jù)客戶需求生產(chǎn)的Zigbee條碼掃描儀(即將投入量產(chǎn))等產(chǎn)品，Zigbee在本次FTF上同樣吸引了眾多工程師的關注。作為Zigbee聯(lián)盟成員之一，飛思卡爾多年來一直都在努力推動Zigbee生態(tài)環(huán)境的建立。而此次相關產(chǎn)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(jīng)開始起步。
飛思卡爾無線及移動系統(tǒng)部無線電產(chǎn)品分部市場經(jīng)理鄺景亮向我們列舉了一系列數(shù)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(shù)字有望增長10倍，達到2億美元。“其中超過80%的市場將屬于2.4GHz頻段的Zigbee?！盞wong介紹，“868/915MHz也會因為802.15.4 2006的發(fā)布和未來802.15.4c和802.15.4d的發(fā)布而受到推動?！?nbsp;
Zigbee的起步在于找到了合適的應用市場。例如，節(jié)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(tài)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?！癦igbee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(tài)，只會周期性地喚醒數(shù)毫秒來檢查傳感器或查詢其他無線收發(fā)器，所以節(jié)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(chǎn)品還可以實現(xiàn)互操作?！?nbsp;
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(xié)議理論上可以在同一個網(wǎng)絡中支持超過65,000個設備?！爱斎粚嶋H工作中無法實現(xiàn)65,000個節(jié)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(wǎng)絡出現(xiàn)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(chǎn)品最大可以實現(xiàn)數(shù)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(chǎn)品已經(jīng)發(fā)展到第三代了。據(jù)鄺景亮介紹，第一代產(chǎn)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(chǎn)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802.15.4的收發(fā)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(xù)尋找能夠?qū)崿F(xiàn)大批量生產(chǎn)的決定性驅(qū)動力量。除了在展臺中展示的產(chǎn)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(wǎng)絡探測器、同時可以帶4個攝像頭的家庭監(jiān)控網(wǎng)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(wǎng)絡等等。
事實上，除了監(jiān)控、自動化、工業(yè)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(fā)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(shù)的無指向性RF遙控器，以此代替?zhèn)鹘y(tǒng)的紅外線遙控器?！笆褂肸igbee技術(shù)，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(diào)控制甚至DLNA及ECHONET標準家庭內(nèi)網(wǎng)統(tǒng)一控制。”鄺景亮表示，“今年年初，消費者就會在市場上陸續(xù)看到相關產(chǎn)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、2.4GHz的超低功率RF以及藍牙產(chǎn)品，都是該領域的競爭選手。目前，夏普已經(jīng)將Cypress的2.4GHz射頻技術(shù)用在其下一代互聯(lián)網(wǎng)AQUOS遙控器中；而在家庭游戲系統(tǒng)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(yōu)勢就在于低功耗。
RF遙控器的出現(xiàn)無疑為幾個短距離無線技術(shù)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(nèi)還不會發(fā)生。因為與紅外線技術(shù)相比，RF遙控器所使用的無線規(guī)格紛雜，很難像紅外線遙控器那樣通過調(diào)整實現(xiàn)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(xiàn)。因此，對于RF遙控器而言，盡早建立行業(yè)統(tǒng)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(shù)，在短距離無線領域，藍牙技術(shù)今年仍將保持迅猛的發(fā)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(jīng)超過藍牙耳機，成為僅此于手機的第二大應用。而NFC技術(shù)，卻由于涉及到支付安全、政府法規(guī)、產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)緊密協(xié)調(diào)等方面的因素，在短期內(nèi)仍然無法實現(xiàn)大規(guī)模應用。
短距離無線充電
2008年另一個值得期待的技術(shù)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(lián)接就能傳送電能，實現(xiàn)為手機、MP3、藍牙耳機等耗電量相對較小的電子產(chǎn)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(xiàn)為低功耗無線傳感器網(wǎng)絡以及病人體內(nèi)的醫(yī)用植入設備進行充電。
目前，實現(xiàn)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(chǎn)生電流，從而將能量從傳輸端轉(zhuǎn)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(wǎng)站我們可以看到，該公司目前可以實現(xiàn)在一個充電墊上對一部數(shù)碼相機和一部手機同時充電，但是該公司發(fā)言人也在近期表示，其首款帶有Splashpower功能的消費類終端產(chǎn)品將不會于2008年下半年前面世。與之相比，F(xiàn)ulton公司的商業(yè)化表現(xiàn)更佳，已經(jīng)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(shù)。事實上，電磁感應解決方案在技術(shù)實現(xiàn)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(shù)。因此目前該領域供應商采取的措施，就是使產(chǎn)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(fā)展較為成熟的技術(shù)，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(diào)整的同時保持穩(wěn)定的直流電壓。只需一個安裝在墻身插頭的發(fā)送器，以及可以安裝在任何低電壓產(chǎn)品的“蚊型”接收器，Powercast解決方案就可以將無線電波轉(zhuǎn)化成直流電，在約1米范圍內(nèi)為不同電子裝置的電池充電。目前，該公司已經(jīng)與菲利浦公司簽署了合作協(xié)議。
另一種尚在研究中的技術(shù)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(shù)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(xiàn)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(nèi)，最終開發(fā)出能夠安全為筆記本電腦和其它設備的無線充電產(chǎn)品。
任何希望能夠進行無線充電的設備，都需要內(nèi)嵌接收器，這很可能會增加產(chǎn)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(shù)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(shù)由于涉及到可能的射頻泄漏、授權(quán)的無線電波頻段、標準化、成本等問題，其大規(guī)模商用還尚需時日。但是不可否認，移動電子產(chǎn)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(chǎn)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(shù)的關注，相信不久之后，帶有“支持無線充電”字樣的數(shù)碼產(chǎn)品就將成為市場的主流。
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