新一代遙控器將是綠色遙控器，其特點是：功耗極低甚至完全沒有功耗，可交互，采用射頻技術(shù)取代紅外技術(shù)在整個家庭范圍內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)。新一代遙控器、機頂盒和電視機以及安全監(jiān)視器、傳感器和控制器等大量家用裝置將采用ZigBee RF4CE標準(用于消費電子的ZigBee標準)。該標準最初由四大消費電子廠商——松下(Panasonic)、飛利浦(Philips)、三星(Samsung)和索尼(Sony)開發(fā)，現(xiàn)已移至ZigBee聯(lián)盟旗下，稱之為ZigBee RF4CE。
ZigBee聯(lián)盟基于2.4GHz IEEE 802.15.4標準將ZigBee RF4CE標準擴展到多個終端用戶應(yīng)用領(lǐng)域。這三個采用RF4CE的子協(xié)議包括ZigBee輸入設(shè)備標準(ZID)、ZigBee 3D同步標準(Z3S)以及ZigBee遙控器標準(ZRC)。
ZID標準針對各種筆記本電腦、臺式機、電視機、機頂盒等裝置的觸摸屏、鼠標、鍵盤、手寫筆等設(shè)備而開發(fā)。由于操作不限制在視線范圍內(nèi)，ZID協(xié)議允許用戶從更遠的距離甚至是從另一個房間來使用其設(shè)備，這明顯優(yōu)于當(dāng)前廣泛使用的紅外通信和藍牙技術(shù)。此外，與紅外技術(shù)相比，ZID高能效設(shè)計可有效延長電池的續(xù)航時間，從而大大減少設(shè)備使用周期內(nèi)使用的電池總數(shù)。ZID標準全面支持流行的多點觸摸和手勢指令，使廠商能夠為消費者提供功能多樣的產(chǎn)品。該標準還可以定義鼠標、鍵盤等標準輸入裝置之外的特殊功能。
Z3S標準是一個可以更方便、更靈活、更有趣地實現(xiàn)3D高清顯示的全球標準。與紅外技術(shù)相比，使用射頻技術(shù)時，用戶在佩戴3D眼鏡時可以不受干擾地更加自由地移動，頭部移動將不再會產(chǎn)生可能發(fā)生的顯示干擾。由于未采用紅外技術(shù)，用戶還可以最大限度地減少或者消除紅外線可能從環(huán)境光中引起的干擾，從而使產(chǎn)品能效更高，更環(huán)保。借助Z3S標準，3D眼鏡可以方便地連接到游戲機、藍光播放機和3D高清電視等各種視頻源，并且可以確保正確的快門操作。該標準支持可變顯示幀速率，確保該標準可與現(xiàn)有和未來的顯示技術(shù)配合使用。此外，該標準還將支持多種顯示模式，當(dāng)視頻內(nèi)容在2D或3D之間切換時可自動調(diào)整3D眼鏡。
ZRC標準是設(shè)計用于連接電視、家庭影院設(shè)備、DVD、視頻播放機、機頂盒和音頻設(shè)備等消費電子產(chǎn)品射頻遙控器的全球標準，工作距離可在視線范圍之外，同時還具有雙向通信、更廣的使用范圍和更長的電池續(xù)航時間。ZRC標準還用于連接和監(jiān)視空調(diào)和取暖系統(tǒng)、家庭安防傳感器、家庭健康監(jiān)測等家庭遙感應(yīng)用。
與紅外遙控器不同，ZigBee遙控器還提供交互能力，這意味著ZigBee遙控器支持使用遙器上的顯示屏，該顯示屏可用來顯示受控設(shè)備的音量控制、正在收聽的電臺，甚至可用來設(shè)置和管理數(shù)字錄像機上的電視節(jié)目和電影的記錄。
ZigBee遙控器的交互能力支持的另一個有趣的應(yīng)用就是Find Me功能。如果遙控器找不到了，用戶只需按一下電視機或者機頂盒上的按鈕，遙控器就會發(fā)出蜂鳴聲并閃爍，這樣就很容易找到遙控器。但ZigBee遙控器最吸引人之處可能還是其超低的功耗。與采用紅外技術(shù)相比，采用ZigBee技術(shù)的遙控器電池具有更長的續(xù)航時間。ZigBee遙控器可以確保使用幾年而無需充電或者更換電池。在實驗室測試中，一個手表用電池足以讓一個ZigBee遙控器工作十年以上。
ZigBee遙控器標準的秘訣
基于ZRC標準建構(gòu)系統(tǒng)時，可以對ZRC進行技術(shù)改進，以便在保持與ZigBee建立的標準的兼容性和互操作性時，進一步提高耐用性和降低功耗。
作為Wi-Fi標準的最初開發(fā)者，GreenPeak公司的工程師憑借經(jīng)驗開發(fā)出特有的方法來提高ZRC芯片對藍牙和Wi-Fi等2.4GHz網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力。與標準ZigBee RF4CE相比，通過使用兩個獨立的天線來避免典型的室內(nèi)波消除，可以獲得30dB(1000倍)的更優(yōu)的抗干擾能力。隨著越來越多的電視和機頂盒提供Wi-Fi上網(wǎng)功能，這種穩(wěn)定的分集式天線將成為高效的ZigBee遙控器解決方案的基本組件。
新型芯片架構(gòu)滿足低功耗需求
采用基于通信控制器(而非微控制器)的芯片設(shè)計，以及“同步喚醒”技術(shù)，可以進一步將ZigBee RF4CE的總功耗降低65%或更多。
由于大多數(shù)基于低功耗處理器的射頻設(shè)計需要微控制器來處理收發(fā)器的所有數(shù)據(jù)，因此微控制器需要總是處于喚醒狀態(tài)，這就需要額外的功耗。而采用能效更高的通信控制器技術(shù)時，收發(fā)器可以獨立地傳送和接收來自微處理器的數(shù)據(jù)。因此僅在需要進一步處理數(shù)據(jù)時才喚醒和使用微處理器。
同步喚醒意味著通信控制器確定何時喚醒和查看消息。該器件在多數(shù)時候處于關(guān)斷狀態(tài)，因此可以顯著減少總能耗。這對于各種家用環(huán)境傳感器、安防傳感器和位置傳感器來講特別有效。由于通信控制器內(nèi)部的調(diào)度器和同步器，系統(tǒng)僅喚醒很短一段時間來查看是否有消息，然后再返回休眠狀態(tài)。
通過在芯片內(nèi)部使用硬件調(diào)度器和同步器，射頻系統(tǒng)僅在需要時喚醒，以查看是否有數(shù)據(jù)需要發(fā)送。如果沒有，則返回休眠狀態(tài)。如果有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，控制器將喚醒微控制器。然后芯片傳遞信息，再返回休眠狀態(tài)，直到下次安排的喚醒時間。1萬次中有9,999次沒有消息需要發(fā)送，控制器不需要為微控制器提供能量。每次發(fā)送數(shù)據(jù)時，芯片還會發(fā)送同步消息，以確保它們在下個工作周期時全部一起喚醒。
圖4說明了通過讓通信控制器確定何時喚醒以查看是否有信息可以顯著減少總能耗。
圖4：讓微處理器在不需要時處于休眠狀態(tài)可以節(jié)省65%以上的能耗。
管理導(dǎo)通和關(guān)斷，降低峰值電流
圖5介紹了常用無線傳感器平臺的三種典型的傳感器節(jié)點狀態(tài)下的電流消耗。在第一種狀態(tài)中，微處理器和收發(fā)器處于休眠狀態(tài)(10?A)。在第二種狀態(tài)中，微處理器在收發(fā)器休眠(10mA)時導(dǎo)通。在第三種狀態(tài)中，收發(fā)器和微處理器都處于喚醒狀態(tài)(27mA)。
圖5：三種無線節(jié)點狀態(tài)和典型的功耗。
仔細地研究電路的功耗行為后發(fā)現(xiàn)，最初像一個扁平電流的曲線實際上更像一個有山峰和山谷的山脈。當(dāng)某些功能塊處于活動狀態(tài)時，它們汲取峰值電流。當(dāng)兩個功能塊同時導(dǎo)通時，峰值振幅翻倍。減少峰值功率的秘訣在于仔細地管理關(guān)鍵功能的導(dǎo)通和關(guān)斷時間，以避免峰值翻倍。
預(yù)集成芯片的優(yōu)勢
使用針對特定應(yīng)用模式的預(yù)集成ZigBee RF4CE芯片可以快速而方便地開發(fā)低成本且耐用的ZigBee RF4CE遙控器應(yīng)用。由于目前產(chǎn)業(yè)仍處在紅外技術(shù)與射頻技術(shù)的過渡期內(nèi)，因此比較有意義的做法是在傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計中包含完整的紅外功能，并在遙控器中包含嵌入式鍵盤掃描儀。
用于遙控器的ZigBee RF4CE芯片需要具有最佳的功率優(yōu)化，而用于機頂盒或電視機的ZigBee芯片不需要優(yōu)化功率，但是這種芯片需要提供適當(dāng)?shù)慕涌�，以方便集成。對于電視機而言，UART接口是首選接口，對于機頂盒而言，SPI/TWI接口是首選接口。
將每個應(yīng)用的完整RF4CE功能整合到單個設(shè)備中可以實現(xiàn)低成本的可靠射頻遙控器。預(yù)集成可以降低總解決方案的成本，同時可使射頻遙控器方案變得更加容易實現(xiàn)。
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圖1：遙控器2.0實體模型——基于ZigBee RF4CE的新型交互式遙控器將提供像“Find Me”這樣非
圖2：采用不同技術(shù)遙控器的續(xù)航能力。
圖3：基于通信控制器的架構(gòu)與基于微控制器的傳統(tǒng)架構(gòu)的對比。
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