嵌入式：无线应用的可靠性和功率效率优化设计

　　可靠性是解决方案节能效果的主要指标，也可优化最大化系统休眠时间及最小化通信时间。最后，也指出了比较组件数据表的典型方法不能解决功率效率和可靠性等系统级功能的原因。虽然测量系统中使用组件的典型功耗是比较无线解决方案更传统的方法，但其不能全面反映出特定解决方案最小化系统功耗的情况。例如，大多数时间都处于最低功耗的睡眠模式下的高可靠性系统，比拥有较低发送和接收功率级别但不太可靠的其他系统更节能，并能保存最大量的系统电力。这是因为这些不太可靠的系统处于休眠模式的时间较短，而重复发射或通信的时间较多。
　　低功耗或者功率是所有这些低数据率应用的一个非常重要的需求，甚至是大多数情况下的一个主要需求。但是，衡量嵌入式无线应用的功耗并非如将各部分功耗简单相加即可，尽管通常情况下，这是对给定应用选择组件的典型方法。这种以可量化的标准来比较的基本方法，无法充分反映各组件在系统中的真实关系和工作状态。因此，必须专注于无线系统的功耗，了解给定无线解决方案在节能方面的表现。
　　提高可靠性有助于降低无线系统的功耗，但这个系统属性通常会被忽视。在这里，可靠性指得是系统在两点间一次性进行数据通信的能力。本文将介绍嵌入式无线应用中可靠性和功耗的关系，以及优化可靠性和功率效率的方法。
　　可靠性与功耗的关系
　　在大多数嵌入式无线应用中，功耗最大的器件是收发器的发射电路。目前市场上可选的收发器有很多样，单纯从数据表的介绍来看，它们的额定功耗似乎都差不多，都在20～30mA的范围内。但是，如果单纯选择额定功耗最低的器件，更为重要的系统可靠性属性则有可能被忽视。可靠性为什么重要呢？对于将每1uA或每1mA电流都要考虑在内的低功耗应用来说，可靠性是决定该应用在高功耗的动态状态(相对于极低功耗的睡眠状态)能保持多久的最重要因素，因为可靠性越高，功耗就越低。完美、理想的无线系统应尽可能快地在两点间一次性传输一组数据。当然，系统不可能始终完美地实现这种工作模式，因此有可能会由于干扰或信号强度不足，无法达到远程末端，而必须重新传输数据。在此情况下，必须尽可能提高无线系统的可靠性。
　　无线系统有具体的特征描述(参数)，这有助于决定在给定系统中如何可靠地工作。例如，“RF频谱应用”是指无线通信采用什么RF频谱进行通信；“接收灵敏度”是指收发器识别出通信内容的最低程度，以功率分贝比来计算，单位为1mW(dBm)；“输出功率”指技术通信需要多大的功率，它必须大于潜在干扰的功率，单位为dBm；“RF捷变性”指能否支持在RF频谱中移动以避免干扰，它由RF通道大小和可用通道数量决定的；最后一个是“抗干扰性”，即RF技术能否在存在面临干扰的情况下确保给定通道的通信，它体现为接收敏感度的增加，也称作编码增益(dBm)。
　　RF频谱应用是可靠性方程中的一个变量，依赖于RF波物理特性决定的环境。频率越低，波长越长，RF波也就越难被液体和混凝土等常见制造材料吸收。不过，RF频谱及其应用是一个受政府高度管理的无线通信领域，原因是避免干扰其他无线通信技术。只有少部分频段预留给在本地和国际上这些通信应用非限制地使用，也就是所谓的工业、科学和医疗(ISM)频段。在此频段内，常用的最主要频率是ISM频段的2.4GHz部分。在此频段中，工业领域中恶劣的RF环境会很快吸收波长较短的波，因此必须更加关注其它波长的波，以测量可靠性。