Технология WirelessUSB

Пожалуй, наиболее естественным переходом к беспроводным персональным сетям передачи данных является использование привычного для потребителя интерфейса, за которым скрывается беспроводная связь. Примером тому — разработанная Cypress Semiconductor технология, которая позволяет хотя бы частично избавиться от «ненавистных проводов».

Большинство аналитиков считает, что в ближайшем будущем так и не выделится единый стандарт беспроводных сетей. Данный процесс с точки зрения крупных разработчиков и производителей устройств беспроводной связи выглядит примерно так: «Возможны различные комбинации протоколов. Поэтому логично сочетать их в своих устройствах. Ведь если сделать это, какой бы стандарт ни победил, мы остаемся в игре». Идеология разработки новой технологии иллюстрируется рис. 1.

Очевидно, что чем больше функций выполняет вновь разрабатываемый микроконтроллер устройства, тем дольше путь от идеи до рынка. Возможно, отсюда родилась мысль о постепенном переходе уже имеющихся интерфейсов информационного обмена с «проводных на беспроводные рельсы». Примером этому является технология WirelessUSB, конкурирующая с Bluetooth и ZigBee.

WirelessUSB — фирменный протокол, разработанный Cypress Semiconductor с целью технической реализации недорогого решения для беспроводного интерфейса между устройствами ввода типа клавиатуры, мышки или джойстика и ПК (Human Interface Devices — HID). Традиционно данный интерфейс осуществлялся практически всегда по кабелю, поэтому, в частности, отсутствует специальное ПО для решения задачи поддержки беспроводного интерфейса WirelessUSB.

Технология WirelessUSB использует уже ставший традиционным диапазон 2,4 ГГц (ISM), что предполагает конвергенцию новой технологии со многими другими, бурно развивающимися в настоящее время. Хотя данный диапазон, вероятно, в ближайшее время будет перегружен, технология WirelessUSB не должна испытывать проблемы в области ЭМС в виду относительно низкого входящего трафика в сети передачи данных на ее основе. Кроме того, дальности связи, а значит, и используемые мощности радиопередатчиков, будут невелики. Более того, разработчики технологии соблюдают все ограничения, накладываемые FCC (Северная Америка) и ETSI (Европа и Япония). Доступ к среде передачи на основе программной перестройки радиочастоты (ППРЧ) существенно облегчает выполнение этих правил.

Данное техническое решение позиционируется на рынке других беспроводных персональных сетей (WPAN), таких, как Bluetooth, ZigBee и отчасти IEEE802.11.x уникальным сочетанием энергетики, совместимости, надежности и цены. Кроме того, очень важной является ориентация технологии на хорошо известный потребителю интерфейс USB. В целом обеспечиваются высокая плотность источников излучений на ограниченной территории, полудуплексная связь в радиолиниях, возможность защиты информации от перехвата. Как упоминалось, в первую очередь предполагается продвижение технологии на рынке устройств передачи данных между ПК, мышью и клавиатурой, а также в игровых приставках (Xbox, PlayStation, GameCube и платформах ПК).

Микросхемы для устройств WirelessUSB разработаны и производятся Cypress на основе технологии BiCMOS 0,25 мкм. Дальность связи в условиях прямой видимости составляет 10 м, при использовании блока усилителя максимальное расстояние достигает 100 м. Технология WirelessUSB позволяет передавать данные со скоростью до 217,6 кбит/с и не требует установки специальных драйверов (если операционная система поддерживает USB). Обеспечивается выход до 7 устройств на один хост и возможность кросс-линков.

Так как электропитание периферийных устройств HID предполагается осуществлять от автономных источников, были приняты специальные меры понижения расхода электроэнергии. Одной из основных возможностей для этого является отсутствие необходимости поддержания постоянной синхронизации в сети и, конечно, низкая интенсивность входящего трафика и относительно небольшая скорость передачи. Фактически источники электропитания периферийных устройств HID используются только во время их работы на передачу. В лабораторных условиях время использования трех батареек типа АА при беспроводном подключении клавиатуры ПК составляло 6–8 месяцев.

Применение помехоустойчивого кодирования реализует соотношение между средней скоростью передачи данных (бит/с) и средней технической скоростью передачи (символ/с) равным 20–80%. Успешный прием пакета данных подтверждается квитанцией, при ее отсутствии пакет передается повторно. Доступ к ПК различных устройств производится в соответствии с алгоритмом FIFO (длина слова 32 бита).

Технические параметры микросборки типа CY6940, предлагаемой к продаже Cypress, представлены в таблице.

На рис. 2 показана обобщенная блок-схема устройства, построенного на основе микросхем типа CY694x:

1. Baseband — низкочастотное оборудование приемопередатчика, которое в свою очередь включает в себя SPI Slave/UART — последовательный интерфейс подчиненной станции и универсальный асинхронный приемопередатчик, Packet Buffer — буфер пакетов, Packet Engine — процессор пакетов, Protocol Engine — процессор протокола обмена, Application Engine — процессор потребительского приложения, GPIO — программируемый контроллер входа-выхода.
2. Transeiver — приемопередатчик, содержащий Transmit DSP — цифровой сигнальный процессор передатчика, Receiver Demodulator — демодулятор, Osc — кварцевый задающий генератор, PA — усилитель мощности, LNA — линейный малошумящий усилитель, VCO — генератор, управляемый напряжением (ГУН), Synthesizer — синтезатор частот, BPF — полосовой фильтр.

Данная структура легла в основу специализированных микросхем для оптической мыши — CY6941 Optical Mouse, клавиатуры — CY6942 Keyboard и радиоинтерфейса ПК (ноутбука) — CY6943 USB Bridge.

Во всех устройствах используются полосковые антенны, размещенные непосредственно на печатной плате. Энергопотребление устройств существенно различается. Мышь запитывается двумя батарейками типа ААА в течение 3–6 месяцев, клавиатура — уже тремя батарейками типа АА в течение того же времени, сетевой мост USB на ПК проблем с электропитанием не имеет.