个人局域网 (PAN) 的真正部署阶段尚未到来。 我们正处于新一代可穿戴计算机、传感器和外设的爆发点，这将使我们与机器的缠结进入一个新的水平。

传统上，一个 PAN 会与一个无线语音链路关联，如与无线耳机的蓝牙连接。 尽管这是一个有用的本地机器到机器 (M2M) 个人链路，但远未达到低功耗 RF 近场技术 PAN 所能提供的实际潜力。

本文将探讨我们有哪些选择来通过我们的“个人电磁泡泡”产生和收发数据。 文中将讨论各种应用中使用的低功耗级别和信号类型，范围覆盖可穿戴设备或简单的“深嵌”传感器，到较复杂的高清视频和用于实时 3D 手势识别的图像处理。

我们将讨论现今有哪些标准的芯片级解决方案，如 IRDA、无线 USB、蓝牙、Z-Wave、ZigBee 和 Wi-Fi，并从带宽的角度深入研究，以确定预期可以看到的实际、可使用的吞吐量。 同时我们还会讨论对于不同功能哪些标准更好。 本文件所引用的所有零件、规格书、指南和开发工具均可以在 Digi-Key 网站找到。

并非都是 RF

无线链路一般会使我们联想到无线电概念，但并非所有无线链路都是基于 RF 的。 有些视线、近程和低带宽通信可以用 IR（红外线）来取代。 例如，用于设备或医疗程序遥控的两件式力反馈手套。 此时，象 ROHM RPM973-H11E2A 这样的 IRDA 模块做得更好（图 1）。 这种收发器是超薄、自足式的，能够以光学链路提供高达 4 Mbits/s 的速度，且不会受任何来源的环境射频噪声干扰。 它同时具有适合恶劣条件的坚固结构。

尽管光学技术有其独到之处，但到目前为止，新兴 PAN 应用中用得最广泛的通信技术还是 RF。 有趣的是，对较近程的低速链路，可以使用低成本的窄带 AM、FM、ASK、FSK、载波开/载波关和 PSK 类型的 RF。 计算机鼠标有 1,200 bit/s 的数据速度就可以工作地很好。

Murata TR3000 使用 433.92 MHz 的载波和 ASK 或 OOK 调制，支持高达 115.2 Kbaud 的数据速率。 它的工作电压为 2.7 到 3.7 V，接收数据时电流只需 3.8 mA，7.5 mA 的电流就可以进行数据传输。 其能耗就更出色了，可将较近程链路的能耗降低一个数量级，从而延长电池续航时间（图 2）。

虽然可对窄带 AM 和 FM 进行功率限制，但会有太多的可能干扰源，因此当出现错误时，这类链路一般不会进行仲裁、冲突检测、冲突避免和自动重发。 此时使用数字无线电就比较好。

多个数字标准正在角逐令人垂涎的较大规模 PAN 市场，包括象蓝牙、USB、ZigBee、Wi-Fi 或 Z-Wave 这样的一致可互操作标准，具体不一而足。

随着多个 IC 级的器件即将面市，无线 USB 将提供某些保证。 Cypress CYRF6936-40LTXC 是直接定序扩频无线 2.4 GHz USB 收发器仅有的零件。 1.8 至 3.6 V 装置的数据速度高达 1 Mbit/s，使用 4 MHz SPI 端口进行设置和控制。 这是一个采用裸焊盘的 40 引脚零件，比窄带解决方案稍大。 其 34 mA 发射（21.2 mA 接收）电流也明显高一些。 其实，许多应用大多时间处于休眠状态而非唤醒状态，利用小电池就可以实现长时间突发通信，如果电池可以充电则尤为如此。

带有嵌入式控制器的类似零件有 Cypress CYRF89235-40LTXC，该零件提供一个高达 24 MHz 的片载 Harvard 架构 M8C RISC 处理器，以及一个仿真端口（图 3）。 片载 32 K 闪存可以存储某些应用的堆栈和用户代码。 可以通过 8 位端口或通过 I²C 或 SPI 接口（同时都包括）在可编程 I/O 上扩充 2 K RAM。

不只是语音

蓝牙语音未来最有可能统治耳机领域或用于个人语音链路，尽管它使用的功率远较其所需要的要多很多。 对于大多数零件来说，蓝牙器件连在一起会工作地很好，即使在拥挤的环境也是如此。 网络共享进程会让收发器成为简单的查询锁定类型，无需保持多个套接字和复杂的协议堆栈。

另一方面，低功耗蓝牙非常适合用于象传感器、致动器和 PAN 这样的非语音应用。 类似于其它标准，已经有人开始行动，推出集成解决方案。 值得注意的一个蓝牙 LE 解决方案来自 CSR，即其 TCSR1010A05-IQQM-R 单芯片蓝牙 LE 片上系统 (SoC) 收发器（图 4）。 作为 CSR 的 µEnergy 低功耗蓝牙平台的一部分，该器件同时包含一个嵌入式微控制器。在此实例中，则是一个运行 BT LE 堆栈、无线电、中断和外部接口的 16 位 RISC 处理器。

需要注意的是，这些零件有较多资源可用。闪存和 RAM 容量均 64 K 字节。 此外，这些零件还包含一个 10 位 A/D、12 个可编程 I/O、SPI、I²C、UART、PWM 和一个调试 SPI 端口。 就现今正在开发中的无线电来说，几乎全部都有能量管理特性，并可以使用 32 kHz 实时时钟晶体，以节省更多的休眠功率。

这一领域的另一个竞争者是 STMicroelectronics，该公司提供蓝牙 LE 无线网络处理器 BLUENRGQTR。 它作为 1 Mbit/s 兼容型主、从设备时也符合蓝牙 v4.0 规范要求。它可以使用 32 kHz 时钟或振荡器，以便减少能耗或者运行在更高的原生频率上，进行进程密集型资料处理。本例中，频率最高为 32 MHz。

它基于 ARM Cortex-M0 处理器（图 5），带一个 64 K 的程序闪存和 12 K 的 SRAM。 它同时还有 SPI、I²C、UART、串行程序和调试，以及 AES 硬件。 STMicroelectronics 视之为 PAN 领域的潜在外设控制器，特别适合保健类应用。 该公司还针对蓝牙 LE 的保健应用提供产品培训模块。

与许多其他供应商类似，STMicroelectronics 也支持堆栈并提供开发环境帮助您加快开发速度。 本例中，该供应商的 STEVAL-IDB002V1 是一款有用的针对 BlueNRG 低功耗网络处理器的演示和评估板。

其它可能

其他无线玩家要想在新兴的、处于爆发式增长阶段的 PAN 市场分得一杯羹有许多障碍要克服。 其中一个例子就是 ZigBee。这是一个流行的标准，有多家设备和模块制造商支持，适合家庭和楼宇自动化应用。

与蓝牙不同，ZigBee 在智能电话、平板电脑和笔记本电脑上没有原生支持。 这就可能存在障碍。 ZigBee 还需要一个相当复杂的堆栈，意味着节点成本会较高。 另一方面，ZigBee 具有架构仲裁和识别能力，在成为大网眼的一部分方面具有优势。

Wi-Fi 也某些吸引人的地方，特别在推进物联网方面。 它提供云基连接能力，其提供的芯片和模块也是认证就绪型的解决方案。 尽管 Wi-Fi 在智能电话、平板电脑和笔记本电脑上具有原生支持，但是功耗太大。 控制灵活性方面可能使之不太适合 PAN 应用，所以它仍可能不是一个可行的解决方案，特别是在它每次进入低功耗模式之后，在唤醒时需要重新建立连接，发现模式也占用很多时间和能耗。

还有其它潜在解决方案。 Z-Wave、ANT+、IOHomecontrol、W6LoPAN 和 RF4CE 均在应用特定和通用协议之列，值得了解。

总而言之，我们正在见证新一代物联网相关产品的快速发展，这将增强我们的能力和我们的自我意识力。 在这个环境中，智能电话最有可能成为个人局域网的中枢，将象保健监护仪、智能手表和显示设备（如 Google 眼镜）以及各种各样嵌入衣服和鞋子的传感器之类可穿戴设备连接起来。 本文探讨了工程师们有哪些选择来通过个人“电磁泡泡”产生和接收数据。 我们还讨论了许多可能的协议并回顾了有代表性的零件。