SoC bietet extrem stromsparende Wi-Fi-Konnektivität

Viele IoT-Produkte erfordern eine sichere, permanent verfügbare Konnektivität (oft über Wi-Fi), aber das geht fast immer mit Kompromissen bei der Akkulaufzeit einher.

Dialog Semiconductor kündigte die Verfügbarkeit des DA16200 an, eines extrem stromsparenden Wi-Fi-Netzwerk-SoCs, zusammen mit zwei Modulen, die die VirtualZero-Technologie von Dialog nutzen, um eine längere Akkulaufzeit für Wi-Fi-verbundene, batteriebetriebene IoT-Geräte zu bieten. Dieses SoC verfügt über integrierte Leistungsverstärker (PA) und rauscharme Verstärker (LNA), sodass keine externe PA erforderlich ist. Die Ausgangsleistung der PA beträgt bei Bedarf +20dBm. Unterdessen liefert LNA eine Empfängerempfindlichkeit von -99,5 dBm.

„Die VirtualZero-Technologie von Dialog ermöglicht es einem Gerät, sich bei einem sehr niedrigen durchschnittlichen Strom mit einem Wi-Fi-Netzwerk zu verbinden und mit diesem verbunden zu bleiben, um eine längere Batterielebensdauer zu ermöglichen – normalerweise über ein Jahr und in vielen Fällen drei bis fünf Jahre“, sagte David Cohen, Senior Marketing Director der Audio and Connectivity Business Unit von Dialog.

„Die meisten Anwendungen unserer Kunden verwenden kleine Batterien wie AAAs, AAs und wiederaufladbare Lithium-Ionen oder verwenden Knopfzellen“, so Cohen weiter. „Es ist jedoch möglich, Energy Harvesting zu nutzen, wenn das Energy Harvesting-Gerät eine Ausgangsleistung von etwa 85 mA produzieren kann. Diese Art von Ausgangsleistung wird nur im aktiven Tx-Modus benötigt. Mit VirtualZero können Geräte die Wi-Fi-Konnektivität bei nur 200 nA (0,2 uA) aufrechterhalten.“

IoT-Design

Analog/digitale gemischte integrierte Schaltungen sind kleiner und energieeffizienter im Vergleich zu ihren äquivalenten Designs, die diskrete Komponenten verwenden, aber diese Vorteile gehen auf Kosten einer höheren Designkomplexität. Es ist nicht einfach, Geräte herzustellen und zu testen, die digitale, analoge und Hochfrequenzschaltungen integrieren.

Will man ein riesiges Sensornetzwerk aufbauen, muss die Batterie lange halten, damit die Wartungskosten in Grenzen bleiben. Um den Energieverbrauch zu senken, wenden viele IoT-Gerätedesigner verschiedene Strategien an, z. B. einen flachen Arbeitszyklus oder die Verwendung verschiedener Ruhe- und Schlafmodi.

„Aus technischer Sicht ist es wichtig, einige Schlüsselfaktoren zu betrachten. Ein wichtiger Faktor ist der durchschnittliche Gesamtstrom, den das Gerät verbrauchen muss, um eine Wi-Fi-Verbindung aufrechtzuerhalten. Bei den meisten IoT-Anwendungen gibt es nicht viel echten aktiven Datenverkehr. Beispielsweise sendet/empfängt ein typisches intelligentes Türschloss nur etwa 1-20 Mal pro Tag echte Nutzdaten (Schloss öffnen, Schloss schließen, mit Schlossstatus antworten). Mehr als 99% der Zeit befindet es sich im Leerlauf im Zustand „Wi-Fi ready“ – verbunden mit dem Wi-Fi-Netzwerk, das Strom verbrennt, aber keine echten Daten austauscht. Diese Leerlaufzeit ist genau das, was die Akkulaufzeit verbraucht. Wenn Sie also den durchschnittlichen Gesamtstrom in einem Wi-Fi-bereiten Zustand auf einen sehr niedrigen Wert senken können, können Sie die Akkulaufzeit verlängern. In Wirklichkeit spielen die aktiven Tx- und Rx-Ströme für diese Anwendungen nur eine sehr geringe Rolle“, sagte Cohen.

Bei Geräten mit höherer Leistung nehmen der Prozessor, das Display und die drahtlosen Kommunikationsschnittstellen den größten Teil des verfügbaren Energiebudgets ein. Zu verstehen, wie diese Geräte Energie verbrauchen, bedeutet, die Interaktion zwischen ihren Subsystemen zu modellieren, um die gegenseitigen Einflüsse und das Verhalten ihrer Energieverwaltungssysteme zu verstehen.

„Eine weitere Überlegung ist die Reichweite – kann das Wi-Fi-Gerät die Ausgangsleistung und Empfängerempfindlichkeit erreichen, die erforderlich sind, um eine Wi-Fi-Netzwerkverbindung in einer realistischen, geschäftigen Umgebung aufrechtzuerhalten? Die Reichweite ist bei vielen IoT-Geräten oft wichtiger als bei einem mobilen Gerät wie einem Laptop. Wenn die Wi-Fi-Verbindung Ihres Laptops flockig ist, können Sie versuchen, sich ein paar Meter zu bewegen und zu sehen, ob sich die Verbindung verbessert. Aber ein Türschloss kann sich nicht bewegen, und auch Thermostate, Sensoren usw. können sich nicht bewegen“, sagte Cohen von Dialog.

Die Lebensdauer von Geräten, die installiert und unbeaufsichtigt gelassen werden, kann durch den Einsatz neuer Batterietechnologien, Energy Harvesting, extrem stromsparender elektronischer Schaltungen und Kommunikationsstrategien zur Begrenzung des Energieverbrauchs verlängert werden.

DA16200 SoC (Bild:Dialog)

Sicherheit

Das gemeinsame Element von IoT-Geräten ist ihre tägliche Nutzung durch die Verbraucher. Diese Technologien haben oft die Aspekte sowohl der physischen als auch der Computersicherheit unterschätzt:Besorgniserregend ist nicht nur, was mit der Sammlung von Daten, deren Weitergabe und Manipulation durch Dritte zu tun hat, sondern auch die Möglichkeit, dass diese Objekte aus der Ferne kontrolliert und verwaltet werden können böswillige Parteien.

Der DA16200 SoC und die Module sind mit branchenführenden Sicherheitsprotokollen ausgestattet, einschließlich der neuesten Generation der Hardware-Verschlüsselungs-Engine und Authentifizierungsstandards zum Schutz vor potenziellen Bedrohungen.

„Starke Sicherheitsfunktionen sind für das IoT und für jedes mit Wi-Fi verbundene Gerät unerlässlich. Wir haben mehrere Sicherheitsschichten im DA16200 SoC, einschließlich der Wi-Fi-Schicht – WPA2 und WPA3 – sowohl der persönliche als auch der Unternehmensmodus werden unterstützt und mit Unterstützung des Extensible Authentication Protocol (EAP). Transport Layer Security (TLS) in Hardware – dies ermöglicht beschleunigte TLS-Verbindungen direkt vom SoC zu Cloud-Servern wie Amazon Web Services (AWS), Azure, Google Cloud und mehr. Darüber hinaus verwandelt es eine gewöhnliche, unsichere HTTP-Verbindung in eine HTTPs-gesicherte Verbindung. Zusätzliche Verschlüsselungstools umfassen lange Advanced Encryption Standard (AES)-Schlüssel, beschleunigtes Diffie-Helman, Hash-Funktionen und Verschlüsselung mit elliptischen Kurven. Secure Boot – Wir authentifizieren das Software-Image jedes Mal, bevor wir es laden. Sicheres Debuggen über JTAG oder Serial Wire Debug (SWD). Sicherer Asset-Speicher – der Kunde kann mit unserem sicheren Einmalpasswort (OTP) Lizenzschlüssel, digitale Zertifikate und vieles mehr einbrennen“, so Cohen.

Die Entwicklungsmöglichkeiten des IoT sind vielfältig und die vernetzten Geräte werden zunehmend miteinander kompatibel, was die Interoperabilität und Integration erhöht, ohne Cybersicherheits- und Datenschutzaspekte zu vernachlässigen. Außerdem wird es eine stärkere Konvergenz zwischen Big Data, IoT und KI geben:Immer mehr Daten – in Echtzeit – werden gesammelt und dank fortschrittlicher Analysetechnologien werden Produkte, Dienstleistungen und Systeme immer „intelligenter“ und wettbewerbsfähiger .

>> Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am unsere Schwesterseite EE Times.