SoC biedt wifi-connectiviteit met ultralaag vermogen

Veel IoT-producten vereisen veilige, altijd beschikbare connectiviteit (vaak via wifi), maar dat gaat bijna altijd ten koste van compromissen op het gebied van batterijduur.

Dialog Semiconductor kondigde de beschikbaarheid aan van de DA16200, een ultra-low-power Wi-Fi netwerk-SoC, samen met twee modules die gebruikmaken van Dialog's VirtualZero-technologie om een ​​langere batterijduur te leveren voor wifi-verbonden, batterijgevoede IoT-apparaten. Deze SoC heeft geïntegreerde eindversterkers (PA) en geluidsarme versterkers (LNA), dus er is geen externe PA nodig. Het uitgangsvermogen van de PA is +20dBm indien nodig. Ondertussen levert LNA een ontvangergevoeligheid van -99,5 dBm.

"Dankzij de VirtualZero-technologie van Dialog kan een apparaat zich aansluiten bij en verbonden blijven met een Wi-Fi-netwerk met een zeer lage gemiddelde stroomsterkte om een ​​langere levensduur van de batterij mogelijk te maken - doorgaans meer dan een jaar, en in veel gevallen drie tot vijf jaar", zegt David Cohen, senior marketingdirecteur bij Dialog's Audio en Connectivity Business Unit.

"De meeste toepassingen van onze klanten maken gebruik van kleine batterijen zoals AAA's, AA's en oplaadbare lithiumionen of maken gebruik van knoopcellen", vervolgt Cohen. “Het is echter mogelijk om het oogsten van energie te benutten als het apparaat voor het oogsten van energie een uitgangsvermogen van ongeveer 85 mA kan produceren. Dat type uitgangsvermogen is alleen nodig in de actieve Tx-modus. Met VirtualZero kunnen apparaten Wi-Fi-connectiviteit behouden met slechts 200 nA (0,2 uA).”

IoT-ontwerp

Analoge/digitale gemengde geïntegreerde schakelingen zijn kleiner en energiezuiniger in vergelijking met hun equivalente ontwerpen met discrete componenten, maar deze voordelen gaan ten koste van een grotere ontwerpcomplexiteit. Het is niet eenvoudig om apparaten te maken en te testen die digitale, analoge en radiofrequentieschakelingen integreren.

Als je een enorm sensornetwerk wilt bouwen, moet de batterij lang meegaan zodat de onderhoudskosten binnen redelijke grenzen blijven. Om het energieverbruik te verminderen, passen veel ontwerpers van IoT-apparaten verschillende strategieën toe, zoals een ondiepe inschakelduur of het gebruik van verschillende inactieve en slaapstanden.

“Vanuit een technisch perspectief is het belangrijk om naar een paar sleutelfactoren te kijken. Een belangrijke factor is de totale gemiddelde stroom die het apparaat nodig heeft om een ​​wifi-verbinding in stand te houden. Voor de meeste IoT-toepassingen is er niet veel echt actief verkeer. Een typisch slim deurslot verzendt/ontvangt bijvoorbeeld slechts ongeveer 1-20 keer per dag echte payload-gegevens (open het slot, sluit het slot, reageer met de slotstatus). Meer dan 99% van de tijd zit hij inactief in een 'Wi-Fi ready'-status - verbonden met het wifi-netwerk dat stroom brandt, maar geen echte gegevens uitwisselt. Die inactieve tijd is precies wat de levensduur van de batterij doet afnemen. Dus als u de totale gemiddelde stroomsterkte kunt verlagen tot een zeer laag tarief in een Wi-Fi-gerede staat, kunt u de levensduur van de batterij verlengen. In werkelijkheid zijn de actieve Tx- en Rx-stroom van weinig belang voor deze toepassingen, "zei Cohen.

In apparaten met hogere prestaties nemen de processor, het beeldscherm en de draadloze communicatie-interfaces het grootste deel van het beschikbare energiebudget in beslag. Om te begrijpen hoe deze apparaten energie gebruiken, moet de interactie tussen hun subsystemen worden gemodelleerd om elkaars invloeden en het gedrag van hun energiebeheersystemen te begrijpen.

“Een andere overweging is het bereik:kan het wifi-apparaat het uitgangsvermogen en de gevoeligheid van de ontvanger halen die nodig zijn om een ​​wifi-netwerkverbinding in stand te houden in een realistische, drukke omgeving? Het bereik is voor veel IoT-apparaten vaak belangrijker dan voor een mobiel apparaat als een laptop. Als de wifi-verbinding van je laptop hapert, kun je proberen een paar meter te bewegen om te kijken of de verbinding verbetert. Maar een deurslot kan niet bewegen, en dat geldt ook voor thermostaten, sensoren, enz., "zei Dialog's Cohen.

De levensduur van geïnstalleerde en onbeheerde apparaten kan worden verlengd door gebruik te maken van nieuwe batterijtechnologieën, het oogsten van energie, elektronische circuits met ultralaag vermogen en communicatiestrategieën die zijn ontworpen om het energieverbruik te beperken.

DA16200 SoC (Afbeelding:Dialoogvenster)

Beveiliging

Het gemeenschappelijke element in IoT-apparaten is hun dagelijks gebruik door consumenten. Deze technologieën hebben vaak de aspecten die verband houden met zowel fysieke als computerbeveiliging onderschat:zorgwekkend is niet alleen wat te maken heeft met het verzamelen van gegevens, het delen en knoeien ervan door derden, maar ook de mogelijkheid dat deze objecten op afstand kunnen worden bestuurd en beheerd door kwaadwillenden.

De DA16200 SoC en modules zijn uitgerust met toonaangevende beveiligingsprotocollen, waaronder de nieuwste generatie hardware-encryptie-engine en authenticatiestandaarden voor bescherming tegen potentiële bedreigingen.

“Sterke beveiligingsfuncties zijn essentieel voor IoT en voor elk apparaat dat met wifi is verbonden. We hebben meerdere beveiligingslagen in de DA16200 SoC, inclusief de Wi-Fi-laag - WPA2 en WPA3 - zowel persoonlijke als zakelijke modi worden ondersteund, en met ondersteuning voor Extensible Authentication Protocol (EAP). Transport Layer Security (TLS) in hardware - dit maakt versnelde TLS-verbindingen rechtstreeks van de SoC naar cloudservers zoals Amazon Web Services (AWS), Azure, Google Cloud en meer mogelijk. Bovendien verandert het een gewone, onveilige HTTP-verbinding in een beveiligde HTTPs-verbinding. Extra versleutelingstools zijn onder meer lange Advanced Encryption Standard (AES)-sleutels, versnelde Diffie-Helman, hash-functies en elliptische curve-versleuteling. Veilig opstarten – we verifiëren de software-image elke keer voordat we deze laden. Veilig debuggen via JTAG of Serial Wire Debug (SWD). Veilige opslag van activa - de klant kan licentiesleutels, digitale certificaten en nog veel meer inbranden met ons veilige eenmalige wachtwoord (OTP)”, zegt Cohen.

De ontwikkelingsmogelijkheden van het IoT zijn talrijk en de aangesloten apparaten zullen steeds meer compatibel met elkaar zijn, waardoor de interoperabiliteit en integratie toenemen, zonder de cyberbeveiligings- en privacyaspecten uit het oog te verliezen. Er zal ook meer convergentie zijn tussen big data, IoT en AI:er zullen steeds meer gegevens - in realtime - worden verzameld en dankzij geavanceerde analysetechnologieën zullen producten, diensten en systemen steeds "intelligenter" en concurrerender worden .

>> Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op onze zustersite, EE Times.