遥控器射频需求

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The Need for RF in Remote Controls
遥控器射频需求
赛普拉斯半导体公司Leon Tan
介绍/人们对遥控器的依赖性
您可以停下来想一想究竟拥有多少个遥控器.
是的,很多.
据报道,之所以说"很多"是因为很多茶几上都会摆放3个以上的遥控器,或者说仅去年一年的遥
控器发货量就达到了6亿个.不仅如此,在2010年以前,这个数字还会以每年7%的速度持续增
长.遥控器传统上通常被视为一种配件,但随着数字客厅中媒体融合潮流的到来,它们在消费电子
产品中的作用正变得越来越重要.当然,遥控器已经深深植根于我们的生活之中.典型的美国家庭
每天要花8小时的时间看电视,相当于每周至少按300次遥控器.
数字客厅中的媒体融合已向前迈进了一大步.数字电视机越来越便宜,而且随着数字/个人录像机
的普及,如TiVo,"点播"等视频流媒体服务,这些产品的价格还会进一步下降.此外,随着微
软和苹果公司不断推出各自的娱乐产品,一个高科技客厅的时代似乎即将到来.在这一转变过程
中,人们希望能够使用一个遥控器控制多台设备,而不仅仅是一台设备.
红外及其局限性
虽然遥控器早在20世纪50年代就已问世,但直到人们在80年代开始将红外信号用作通信媒介
后,消费电子产品市场才掀起了一场遥控器革命.红外技术让制造商能够以一种简单,低廉的方式
将按键与具体任务一一对应起来,用于控制各种品牌,型号和类型的设备."Universal
Electronics and Universal Remote Control"是红外技术盛行二十多年的见证,因为它们的很大一
部分收入仅仅来自于遥控器命令(或称"代码")的许可库.
但是,红外技术也有缺陷,其中最大的缺点是只能直线传输.由于无法找到另一种更好的替代技
术,消费者多年来虽然对红外不太满意,但也只能接受.用户首先要做的就是找到受控设备上的红
外接收窗口,以便将遥控器对准它进行控制.之后,在养成习惯后,用户会下意识地伸出手,调整
角度,然后按下遥控器上的按键.更糟糕的是,室内装修和家具正变得越来越简单,电子设备常常
被内嵌在墙壁内,或摆放在壁柜之后,而这些地方都是红外线无法到达之处.
还有,您是否需要经常反复按压同一个键以确保设备能够收到红外信号 虽然Vishay和松下等芯
片组能够设计出高质量的红外接收器,但是红外链路都是单向链路,而且不具备检错和纠错能力.
等离子电视机辐射出来的某些能量也处于红外线的电磁频谱范围内,因此有可能成为干扰源,影响
遥控器和主机之间的通信.这已成为一个法律问题,因为今年数字电视机的销售量预计将与普通电
视机的销售量持平.紧凑型日光灯(CFL)也能干扰红外信号,而且在不远的将来很有可能造成更
大影响.在过去的三个月中,加拿大和澳大利亚已先后宣布禁止使用白炽灯灯泡,欧盟和美国的七
个州也将紧随其后.不仅如此,虽然最新推出的遥控器和接收器配备了过滤器,以减少附近设备发
出的噪音信号对它们产生的影响,但红外链路仍然不够可靠.简而言之,红外线不能提供一个可靠
的连接.
RF = 可靠+自由
本质而言,红外线和可见光具有相同的特性,因此只能直线传输.作为一种特替代方法,遥控器可
以将射频(RF)用作无线传输媒介,这样一来就能穿透不透明物体和固定障碍物.射频的这一固
有特性还能给用户赋予一种全新的自由感和移动体验,并大大延伸作用距离.设想一下,当电话响
铃时,您不需要跑进客厅也能关闭电视机的声音!
无线通信基于其所使用的硬件和协议层.在硬件方面,当今的射频设备大多是无线收发器,因此既
能发送也能接收信息,而大多数红外系统只能实现单向数据传输.此外,射频系统通常会采用某种
形式的网络协议,以进一步增强无线链路的可靠性.协议的复杂程度各不相同,例如,既有简单的
确认协议,也有802.11等行业协议;此外,协议还提供故障保护机制.有了这样的基础架构,射
频就能通过各种方式和一个可靠的双向接口提升用户体验.等离子电视机和紧凑型日光灯将不再是
遥控器的干扰源.虽然其它噪音源也可能影响射频信号,但通信协议中的自动恢复算法将确保遥控
器的射频信号总能够到达主机中的相关器件.
数据确认只是如何使用双向链路改善遥控器的例子之一.我们应该进一步研究这种双向链路的潜
力,以实现从主机到遥控器的元数据传送.这方面的一个范例是微软公司的SideShow,它是
Windows Vista操作系统最吸引人的特色之一.SideShow是一种应用,可让用户通过一个辅助显
示器方便地访问他们的电子邮件,音乐库,相册等等.它通过多个小程序(gadget)将数据发送至
各种终端设备,而这些设备可以将控制命令回传到计算机中的应用.例如,一个Outlook程序可以
将最后收到的5个电子邮件的标头信息发送到某个遥控器或任何其它外围设备的辅助显示器上.
"媒体中心"是一个更加令人激动的程序,它能为用户提供电视收视指南,甚至节目剪辑.
SideShow在计算机及外围设备市场上的发展势头迅猛, 包括许多设计精美的产品,如笔记本电脑
的嵌入式显示器和配有液晶显示器的笔记本电脑 .此外,由于微软公司已将gadget的开发源码公
布于众,元数据显示器拥有无限的前景.最后,用户还可以使用射频遥控器方便地浏览节目指南以
及他们庞大的MP3和WMA库!
控制先锋
用户对技术越了解,他们的控制欲也越高.设备自带的最基本的遥控器已不能满足用户的需求.罗
技Harmony系列遥控器就是一个典型例子.2006年,该系列对罗技公司收入的贡献增加了
60%.这意味着,成千上万的用户正在踊跃购买Harmony 遥控器,而这样一个遥控器的价格通常
在100到1000美元之间.
某些市场观察家认为,罗技的成功应归功于客厅中电子产品日益增多,以及一个Harmony遥控器
具备控制3,4,甚至15个设备的能力.虽然通用遥控器已推出了一段时间,但人们现在对它们的
兴趣似乎比以前任何时候都要高.这主要是因为近几年来个人媒体内容呈指数级增长.数字音乐,
相片和视频是造成这种现象的主要原因,一个典型的消费者通常拥有几百,有时甚至是几千个音
频,图像和视频文件.随着存储设备价格的不断降低和内存技术的持续进步,越来越多的制造商正
将硬盘添加到消费电子设备之中.这样做的结果是:大量的数字媒体内容正涌入家庭,用户也要求
能够对主机设备进行更多控制,而不仅仅是简单的播放和暂停.
创新技术已为实现这种梦寐已久的人机互动方式铺平了道路.目前,来自飞利浦,SMK和其它厂
商的很多液晶屏和触摸屏都自带遥控器.Nintendo的Wii及其设计精巧的Wiimote运动感应控制器
取得了巨大的商业成功,它们为用户提供了一个用于导航,与屏幕上的对象进行交互或对它们进行
各种操作的直观界面.嵌入到遥控器中的各种独特的导航方式的确令人惊叹,其中包括笔记本电脑
式的跟踪板以及多语言语音识别功能.随着这些先进功能的日益普及,替代红外的射频将作为一种
通信传输方式得到更多应用,因为这些功能的正常运行依赖于更高的带宽和可靠性.不仅如此,射
频对电池寿命的影响也最小:与不断闪烁的红外液晶屏相比,大多数射频系统的功耗要低得多.
研究和选择射频技术
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Z-Wave和ZigBee是两个针对但不限于自动化和传感器网络应用的协议.它们都工作在900MHz
ISM频段,ZigBee还提供2.4GHz版本.虽然900MHz解决方案的确能够提高信号的穿透性,但
却以牺牲数据速率为代价,很多人对此不能接受.对于其他人而言,开发一个射频系统本身就很复
杂,更不用提美国(908/915MHz)和欧洲(868MHz)采用的是不同的频率,而且最终开发出来
的产品很可能还无法进入日本等其它市场.虽然Z-Wave和ZigBee的成本高于其它类似的一般带
宽技术,但它们对于遥控器而言仍然具有一定的吸引力,特别是在定制市场,后者主要面向超大型
住宅,用于为它们提供照明控制功能和搭建网状网.
随着宽带互联网的普及,Wi-Fi毫无疑问是当今最常见的无线技术之一,也是最不可能遭遇用户抵
触的技术.Wi-Fi提供足够的带宽,不仅能够用于显示,而且能够将丰富的媒体内容传送到遥控器
上.此外,Wi-Fi的作用距离也能满足大多数家庭的需求.虽然Wi-Fi看起来是一种理想的射频技
术,但每一种技术都有缺点,Wi-Fi也不例外:功耗和系统成本是它的两大短板.认证无线USB技
术也有类似的缺点,该技术是一项电缆替代标准,据称拥有与有线USB相同的用户友好特性.采
用无线USB技术的遥控器能够保留有线USB在承载架构,功能和数据速率方面的优势,并可充分
利用相关的设计开发经验.但对于习惯于生产1到2美元的红外遥控器的大多数制造商而言,这种
技术太过昂贵.
一个标准中都有哪些内容
上诉探讨的所有技术都隶属于某些特定的利益集团,联盟或机构,因此,它们暂时都能被称为行业
标准.例如,这些标准要求Broadcom生产的某个芯片组和CSR生产的某个设备都遵从相同的技
术规格,前提是它们都是经过官方认证的产品.这样的质量保证是基于标准的解决方案的一大优
势.某些设备制造商将会追求这种安全感,而其它制造商会坚持采用某项标准,以提高产品的品牌
认知度.这些厂商都认为,包装上的Wi-Fi标志有助于说服最终用户购买他们的产品.
ZigBee联盟承诺实现类似的互操作性,并在过去的三到四年中围绕这一主题开展了大量的宣传活
动.但您在深入研究这一标准之后就会发现,实现真正的互操作性还存在一些隐性成本,其中包括
协议栈大小,设计复杂性等等.这两家芯片制造商以及他们的客户都承认,完整的网状网系统和全
面的互操作性对于大多数设计而言过于奢侈.此外,为了区别于竞争对手,有些厂商喜欢在自己的
产品中添加某些特殊功能.因此,市场上已经出现了数量众多的定制功能和软件协议栈,而且各厂
商正在开发更多这样的定制功能和协议.虽然这些解决方案本质上已经是专有解决方案,但由于它
们仍采用符合802.15.4标准的物理承载层,它们的产品定位依然与ZigBee相符.另一方面,虽然
大多数人将Z-Wave视为一个标准,但它仍然得不到广泛应用,这是因为目前全球只有Zensys一
家厂商生产符合Z-Wave标准的设备.这种情况将会有所改善,Zensys在最近举行的一场新闻发
布会上宣布,它计划向其它芯片组制造商颁发Z-Wave许可证.
各厂商还可以采用其它技术来满足客户对高性能遥控器的需求,并延长电池寿命和提高产品的抗干
扰能力.下图所示的遥控器基于赛普拉斯半导体公司生产的PRoC系列片上系统(SoC)设备,这
些设备采用了赛普拉斯内嵌于键盘,鼠标,媒体中心遥控器等计算机输入设备的WirelessUSB无
线技术.
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