SoC oferece conectividade Wi-Fi de consumo ultrabaixo

Muitos produtos IoT exigem conectividade segura e sempre ativa (geralmente via Wi-Fi), mas isso quase sempre vem com o custo de comprometer em termos de vida útil da bateria.

A Dialog Semiconductor anunciou a disponibilidade do DA16200, um SoC de rede Wi-Fi de ultra-baixo consumo de energia, junto com dois módulos que utilizam a tecnologia VirtualZero da Dialog para oferecer uma vida útil mais longa da bateria para dispositivos IoT conectados por Wi-Fi e alimentados por bateria. Este SoC tem amplificadores de potência integrados (PA) e amplificadores de baixo ruído (LNA), portanto, não há necessidade de um PA externo. A potência de saída do PA é de + 20dBm quando necessário. Enquanto isso, o LNA oferece sensibilidade de receptor de -99,5dBm.

“A tecnologia VirtualZero da Dialog permite que um dispositivo se conecte e permaneça conectado a uma rede Wi-Fi em uma corrente média muito baixa para permitir uma vida útil mais longa da bateria - normalmente mais de um ano e, em muitos casos, de três a cinco anos”, disse David Cohen, diretor sênior de marketing da Unidade de Negócios de Áudio e Conectividade da Dialog.

“A maioria das aplicações de nossos clientes utiliza pequenas baterias, como AAAs, AAs e íons de lítio recarregáveis, ou usa células tipo moeda”, continuou Cohen. “No entanto, é possível alavancar a captação de energia se o dispositivo de captação de energia puder produzir uma potência de saída de cerca de 85mA. Esse tipo de potência de saída só é necessária quando no modo Tx ativo. Com o VirtualZero, os dispositivos podem manter a conectividade Wi-Fi a apenas 200nA (0,2uA). ”

Design IoT

Os circuitos integrados analógicos / digitais mistos são menores e mais eficientes em termos de energia em comparação com seus projetos equivalentes usando componentes discretos, mas esses benefícios têm o custo de uma maior complexidade de projeto. Não é fácil fazer e testar dispositivos que integram circuitos digitais, analógicos e de radiofrequência.

Se você deseja construir uma vasta rede de sensores, a bateria deve durar muito tempo para que os custos de manutenção permaneçam dentro de limites razoáveis. Para reduzir o consumo de energia, muitos designers de dispositivos IoT adotam várias estratégias, como um ciclo de trabalho raso ou o uso de diferentes modos de inatividade e hibernação.

“Do ponto de vista da engenharia, é importante observar alguns fatores-chave. Um fator importante é a corrente média total que o dispositivo precisa consumir para manter uma conexão wi-fi. Para a maioria dos aplicativos IoT, não há muito tráfego ativo verdadeiro. Por exemplo, uma fechadura de porta inteligente típica apenas envia / recebe dados reais de carga útil (abrir a fechadura, fechar a fechadura, responder com o status da fechadura) cerca de 1 a 20 vezes por dia. Mais de 99% do tempo ele fica ocioso em um estado de ‘Wi-Fi pronto’ - conectado à rede Wi-Fi, queimando a corrente, mas não trocando dados reais. Esse tempo ocioso é exatamente o que esgota a vida da bateria. Portanto, se você conseguir reduzir a corrente média total a uma taxa muito baixa em um estado pronto para Wi-Fi, poderá estender a vida útil da bateria. Na realidade, as correntes Tx e Rx ativas importam muito pouco para essas aplicações ”, disse Cohen.

Em dispositivos de alto desempenho, o processador, o monitor e as interfaces de comunicação sem fio ocupam a maior parte do orçamento de energia disponível. Compreender como esses dispositivos usam energia significa modelar a interação entre seus subsistemas para entender as influências uns dos outros e o comportamento de seus sistemas de gerenciamento de energia.

“Outra consideração é o alcance - o dispositivo Wi-Fi pode atingir a potência de saída e a sensibilidade do receptor necessárias para manter uma conexão de rede Wi-Fi em um ambiente realista e movimentado? O alcance é geralmente mais importante para muitos dispositivos IoT do que para um dispositivo móvel como um laptop. Se a conexão Wi-Fi do seu laptop estiver instável, você pode tentar se mover alguns metros e ver se a conexão melhora. Mas uma fechadura de porta não pode se mover, nem termostatos, sensores, etc ”, disse Cohen da Dialog.

A vida operacional dos dispositivos instalados e deixados sem supervisão pode ser estendida com o uso de novas tecnologias de bateria, captação de energia, circuitos eletrônicos de ultra-baixa potência e estratégias de comunicação projetadas para limitar o consumo de energia.

DA16200 SoC (Imagem:Diálogo)

Segurança

O elemento comum em dispositivos IoT é seu uso diário pelos consumidores. Essas tecnologias muitas vezes subestimaram os aspectos relacionados à segurança física e informática:o que é preocupante não é apenas o que está relacionado à coleta de dados, seu compartilhamento e adulteração por terceiros, mas também a possibilidade de que esses objetos possam ser controlados e gerenciados remotamente por partes maliciosas.

O DA16200 SoC e os módulos são equipados com protocolos de segurança líderes do setor, incluindo o mecanismo de criptografia de hardware de última geração e padrões de autenticação para proteção contra ameaças potenciais.

“Fortes recursos de segurança são essenciais para IoT e para qualquer dispositivo Wi-Fi conectado. Temos várias camadas de segurança no SoC DA16200, incluindo a camada Wi-Fi - WPA2 e WPA3 - ambos os modos pessoal e empresarial são suportados, e com suporte para protocolo de autenticação extensível (EAP). Transport Layer Security (TLS) no hardware - permite conexões TLS aceleradas diretamente do SoC para servidores em nuvem, como Amazon Web Services (AWS), Azure, Google Cloud e muito mais. Além disso, transforma uma conexão HTTP comum e insegura em uma conexão HTTPs segura. Ferramentas de criptografia adicionais incluem longas chaves Advanced Encryption Standard (AES), Diffie-Helman acelerado, funções hash e criptografia de curva elíptica. Inicialização segura - autenticamos a imagem do software todas as vezes antes de carregá-lo. Depuração segura via JTAG ou Serial Wire Debug (SWD). Armazenamento seguro de ativos - o cliente pode gravar chaves de licença, certificados digitais e muito mais com nossa senha única segura (OTP) ”, disse Cohen.

As possibilidades de desenvolvimento da IoT são múltiplas, e os dispositivos conectados serão cada vez mais compatíveis entre si, aumentando a interoperabilidade e a integração, sem descurar os aspectos de cibersegurança e privacidade. Haverá também maior convergência entre big data, IoT e IA:mais e mais dados - em tempo real - serão coletados e, graças às tecnologias de análise avançada, produtos, serviços e sistemas se tornarão cada vez mais "inteligentes" e competitivos .

>> Este artigo foi publicado originalmente em nosso site irmão, EE Times.