很多物聯(lián)網(wǎng)（IoT）產(chǎn)品需要安全地始終保持聯(lián)網(wǎng)（通常通過(guò)Wi-Fi），但這一般都需要以犧牲電池壽命作為代價(jià)。

Dialog半導(dǎo)體公司近期推出了超低功耗Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)SoC DA16200，以及兩款利用了Dialog VirtualZero技術(shù)的模塊，為Wi-Fi聯(lián)網(wǎng)的電池供電IoT設(shè)備延長(zhǎng)電池續(xù)航能力。該SoC集成了功率放大器（PA）和低噪聲放大器（LNA），無(wú)需外部PA。在需要時(shí)，PA的輸出功率為+20dBm。同時(shí)，LNA提供-99.5dBm的接收器靈敏度。

“Dialog的VirtualZero技術(shù)使設(shè)備能夠以非常低的平均電流加入并保持與Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的連接，實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的電池續(xù)航能力，通常一年以上，在許多情況下為三到五年。”Dialog半導(dǎo)體公司音頻和連接業(yè)務(wù)部高級(jí)市場(chǎng)總監(jiān) David Cohen介紹道。

“我們的大多數(shù)客戶應(yīng)用都使用AAA、AA和可充電鋰離子電池或紐扣電池等小型電池，” Cohen繼續(xù)說(shuō)道。“不過(guò)，如果能量采集設(shè)備可以生成約85mA的輸出功率，則有可能利用能量采集技術(shù)。這種類型的輸出功率僅在活躍Tx模式下才需要。使用VirtualZero技術(shù)，設(shè)備可以僅用200nA（0.2uA）的電流就能保持Wi-Fi聯(lián)網(wǎng)。”

IoT設(shè)計(jì)

與采用分立元件的設(shè)計(jì)方案相比，模擬/數(shù)字混合集成電路尺寸更小、更節(jié)能，但是設(shè)計(jì)更為復(fù)雜。制造和測(cè)試集成了數(shù)字、模擬和射頻電路的器件并非易事。

如果要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)龐大的傳感器網(wǎng)絡(luò)，那么電池必須能續(xù)航很長(zhǎng)時(shí)間，以使維護(hù)成本保持在合理范圍內(nèi)。為了降低能耗，許多IoT設(shè)備設(shè)計(jì)人員采用了各種策略，例如低占空比或使用不同的靜態(tài)和睡眠模式。

“從設(shè)計(jì)工程的角度來(lái)看，我們需要考量一些關(guān)鍵因素。其中一個(gè)主要因素是設(shè)備維持Wi-Fi聯(lián)網(wǎng)所需消耗的總平均電流。對(duì)于大多數(shù)IoT應(yīng)用而言，沒(méi)有多少真正的活動(dòng)流量。例如，典型的智能門鎖每天僅發(fā)送/接收真實(shí)的有效載荷數(shù)據(jù)（打開鎖、關(guān)閉鎖、響應(yīng)鎖狀態(tài)），大約每天1-20次。超過(guò)99％的時(shí)間處于靜態(tài)的“Wi-Fi就緒”狀態(tài)，保持著與Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的連接會(huì)消耗電流，但不交換任何真實(shí)數(shù)據(jù)。靜態(tài)時(shí)間正是消耗電池電量的主要原因。因此，如果你可以將Wi-Fi就緒狀態(tài)的總平均電流降到非常低，則可以延長(zhǎng)電池續(xù)航能力。實(shí)際上，對(duì)于這些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，活躍的Tx和Rx的影響很小，”Cohen說(shuō)。

在性能更高的設(shè)備中，處理器、顯示器和無(wú)線通信接口占用了大部分電力的使用量。理解這些設(shè)備如何使用電量意味著對(duì)它們的子系統(tǒng)之間的交互進(jìn)行分析，以了解它們互相間的影響及其電源管理系統(tǒng)的表現(xiàn)。

“另一個(gè)考量因素是距離范圍，Wi-Fi設(shè)備能否達(dá)到在現(xiàn)實(shí)、繁忙的環(huán)境中維持Wi-Fi聯(lián)網(wǎng)所需的輸出功率和接收器靈敏度？對(duì)于許多IoT設(shè)備而言，距離范圍通常比筆記本電腦等移動(dòng)設(shè)備更為重要。如果你的筆記本電腦的Wi-Fi連接不穩(wěn)定，你可以嘗試移動(dòng)一下位置，看看網(wǎng)絡(luò)連接是否有所改善。但是門鎖不能移動(dòng)，空調(diào)恒溫器、傳感器等也不能移動(dòng)，” Cohen說(shuō)。

我們可以通過(guò)使用新的電池技術(shù)、能量采集、超低功耗電子電路和限制能耗的通信措施等方法，來(lái)延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

DA16200 SoC

安全性

IoT設(shè)備的共同要素是消費(fèi)者的日常使用。這些技術(shù)常常低估了物理和計(jì)算機(jī)安全性相關(guān)的問(wèn)題：令人擔(dān)憂的不僅是數(shù)據(jù)收集、第三方對(duì)數(shù)據(jù)的分享和篡改，而且這些設(shè)備還可能被惡意的人或團(tuán)體遠(yuǎn)程控制和管理。

DA16200 SoC和模塊配備了業(yè)界領(lǐng)先的安全協(xié)議，包括最新一代的硬件加密引擎和用于防止?jié)撛谕{的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。

“強(qiáng)大的安全功能對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)和任何Wi-Fi聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備至關(guān)重要。我們?cè)贒A16200 SoC中，部署了多個(gè)安全層，包括Wi-Fi層 - WPA2和WPA3 - 支持個(gè)人和企業(yè)模式，并支持可擴(kuò)展認(rèn)證協(xié)議（EAP）。硬件中的傳輸層安全協(xié)議（TLS），可以加速SoC直接與Amazon Web Services（AWS）、Azure、Google Cloud等云服務(wù)器的TLS連接。此外，它還能將普通的不安全的HTTP連接轉(zhuǎn)換為HTTPs安全連接。其他加密工具包括長(zhǎng)的高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（AES）密鑰、加速的Diffie-Helman、哈希函數(shù)和elliptic curve加密。安全啟動(dòng) – 每次加載軟件鏡像之前，我們都會(huì)對(duì)其進(jìn)行認(rèn)證。通過(guò)JTAG或Serial Wire Debug（SWD）進(jìn)行安全調(diào)試。安全的數(shù)據(jù)存儲(chǔ) – 客戶可以使用我們的安全OTP來(lái)刻錄許可證密鑰、數(shù)字證書等等，” Cohen說(shuō)。

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展可能性是多種多樣的，聯(lián)網(wǎng)設(shè)備也將越來(lái)越彼此兼容，提升互聯(lián)互通性和集成度，同時(shí)不忽略網(wǎng)絡(luò)安全性和個(gè)人隱私問(wèn)題。大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能（AI）之間也將實(shí)現(xiàn)更大的融合：借助先進(jìn)的分析技術(shù)，越來(lái)越多的數(shù)據(jù)將被實(shí)時(shí)收集，產(chǎn)品、服務(wù)和系統(tǒng)也將變得越來(lái)越“智能”和更具競(jìng)爭(zhēng)力。
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