按照IEEE 802.15.4定義的ZigBee標準,尚未被少數大廠所壟斷,相關SoC單晶片設計方案則被廣泛應用於智慧家庭控制、建築監測、工業生產自動化以及醫療應用等領域,並成為低功耗RF解決方案的重要基礎。ZigBee標準工作頻段可分為一般的2.4GHz、歐洲的868MHz以及美國的915MHz,利用2.4GHz頻譜資源的還包括Bluetooth和Wi-Fi應用,因此如何有效提高ZigBee晶片設計的附加價值、進一步鞏固擴展ZigBee的應用基礎、強化ZigBee傳輸的安全性優勢,便是晶片廠商考量ZigBee多元化應用之際必須先行規劃設計的要點。

圖為TI亞洲區市場經理陳雄基。(Source:HDC)
圖為TI亞洲區市場經理陳雄基。(Source:HDC)

TI亞洲區市場經理陳雄基特別指出,藉由無線射頻RF遠端遙控的技術優勢,在於其具備雙向溝通功能、不必侷限於直線訊號傳遞模式、可彈性連結各類裝置、可擴大網路覆蓋範圍、可提升使用者經驗及可靠度,並且具備低功耗省能特性。陳雄基並表示,ZigBee以128bit AES作為加解密演算法的方式,目前尚未被破解過,應用在多點拓樸架構的無線感測網路(Wireless Sensor Network;WSN)更顯相得益彰。

陳雄基表示,現在包括SONY、Philips、Panasonic、Samsung等四家大廠,與ZigBee Alliance進一步合作推廣ZigBee RF4CE規格標準,並邀請TI、Freescale和OKI一同參與,以無線射頻技術作為遠端遙控的基礎,此規格首先將以電視遙控器、AV系統和自動家居環境作為主要應用範疇。這將進一步擴展ZigBee無線遙控在數位家庭應用領域的影響力。陳雄基指出,一套完整的2.4GHz射頻系統單晶片解決方案,不僅要支援 IEEE 802.15.4標準,並且還要能延伸支援ZigBee PRO網路、ZigBeeRF4CE射頻遙控與影音消費電子產品,以及在歐美澳等地逐漸普及的智慧能源(smart energy)電表管理系統和個人可攜式無線醫療照護裝置等。

陳雄基進一步說明表示,為因應各類低功耗RF傳輸應用,ZigBee單晶片本身的通訊鏈路計算(link budget)便非常重要。現在TI新一代ZigBee為基礎的RF單晶片,其link budget可從94dB提高到101dB,不僅靈敏度提高,輸出功率也提升至4dB,可滿足各類低功耗RF傳輸距離的應用需求。另一方面ZigBee在2.4GHz頻段與其他標準共存,藉由跳頻設計降低彼此干擾、提高物理層抗干擾能力為首要之務。TI在相鄰頻道拒斥(Adjacent Channel Rejection;ACR)能力可提升到49dB,在軟體堆疊層亦設計跳頻控制功能,可有效與其他無線標準在2.4GHz共存運作,避開干擾頻段。陳雄基說明指出,ZigBee、Bluetooth和Wi-Fi在應用上仍有明顯區隔,一般而言,藍牙傳輸特性在於FSK物理層本身頻寬窄,傳輸距離較短;Wi-Fi則是以高速傳輸資料應用而設計,至於ZigBee傳輸距離長,且可支援各種網路拓樸。

此外為因應各類應用環境,TI新一代以ZigBee為基礎的低功耗RF方案,溫度容忍範圍從以往的-40~85℃,提升到工規標準的-40~125℃,並整合RF收發器晶片、微控制器、8KB RAM和容量可擴充到256KB可編程快閃記憶體,其容量可因應電表管理智慧能源系統的應用需求。此外其可支援DMA、GPIO、USARTs、ADC、timers等周邊,並提供可下載免費的協定軟體堆疊和開發工具,可根據系統要求選擇低成本網路協定;各類開發套件亦可針對精簡型點對點應用、多點網路應用溝通和電池供電網路佈建點進行相關設計。