无线USB使增加无线功能更加容易

给使用线缆的传统设备增加无线USB功能比想象中容易。

直到最近，在现有产品中增加无线功能依然有着这样或那样的挑战。其实，给传统设备增加无线USB功能比想象中容易，只需简单增加一块子卡和少量的控制软件就可以了。

什么是无线USB

无线USB是USB-IF制定的系列标准中的一部分，是基于超宽带(UWB)无线电通信的WiMedia规范，工作频率3～9GHz。无线USB用于短距离无线连接还只是刚刚出现的新事物，但它却从主流PC供应商，如戴尔、联想、NEC、富士通和东芝等的笔记本电脑中找到了发展道路。市场预测表明，在随后的几年中，将有数亿的产品出现在市场上。

不像Wi-Fi网络产品那样，配置安全策略和安装驱动程序都会影响用户的体验，而且其产品的返修率也非常高。无线USB给终端用户提供了极其简单的连接，就像有线USB的“即插即用”优点一样。目前，集成无线USB的设备通过从一些半导体供应商提供的第二代技术中获得了更快的通信速率，并有广泛的专用参考设计支持。

无线USB的主要应用

拥有很低单位比特功耗和高速数据通信速率特点的无线USB开创了许多新的应用模式。包括PC无线坞站(Wireless Docking Station)和便携设备，无线放映机――使VGA显示器的连接电缆成为过去，无线PC显示器、无线设备到TV的互连等一一使人们可以从相机、便携式录像机、媒体播放器和耳机中浏览和回放音视频内容，以及可以从便携设备中同步和备份内容的无线存储设备。数据速率、工作频率范围和不断创新

在USB电缆长度范围内(约6英尺)，WiMedia无线连接的数据传输速率通常是480Mb／s，这与有线USB的速率相当。无线USB也可以进行长距离通信，通信距离取决于传输空间特性，甚至可达到30英尺。虽然UWB信号可穿过墙壁，但它更适合在室内使用。

对于像硬盘这样的设备，无线USB的数据吞吐率高达200～220Mb／s。目前的无线USB的数据速率大约可以达到160Mb／s，而且还在稳步提高。

对于硬盘驱动器或USB视频适配器，无线USB通常是连接无线USB芯片组的最合适方式。如果产品已经有了一个有线USB接口，集成无线USB应该是最简单的。大多数无线USB芯片组都包括主机端口和设备端口，因此，通过有线USB接口在有线USB芯片组中“线内”连接是可能的，而且软件的改动量很小。

SDIO可能是某些嵌入式设计的最佳方式

对于数码摄像机、数码相机和手机的设计，如安全数字输入输出接口(SDIO)，可能是更适合UWB无线IC的，它们可以提供低功耗和更多的管理接口特征。软件应该可以从芯片组供应商处获得，以允许用户进行有线USB设备和／或主机控制器的仿真，还可以重用已有的USB类／功能驱动程序。

关于无线的一些说明

虽然听起来很简单，但真正从有线USB向无线USB移植时，也有许多问题需要考虑。USB电缆所提供的5V供电在无线USB中是不存在的，因此它需要提供外部AC适配器或者电池。而且与电缆不同，人们看不到无线连接需要插入哪个设备中。所以，就需要提供简单的用户接口以实现设备选择和连接选项(如安全性选项等)，无线USB连接是被128位的AES加密算法保护的。

器件选择标准

当选择无线USB器件时，除了体积、成本、功耗和集成性，还有以下几个因素是必须要考虑的。

・频段组支持

・认证之前能够获得可用的模块

・可用的主CPU软件

・单或双芯片解决方案

・天线的选择

如图1所示，UWB的无线频谱被分成若干个频段组，不同国家或地区的法规规定可以使哪些频段组。大多数早期的产品只支持频段组1，但是2010年之后，在美国之外的地区使用这个频段组会受到限制。频段组3和6是允许在全球范围使用的，这些频段组中包括大量的可用频谱，因此，如果开发的产品要进行全球发货，同时支持频段组1／3／6是最理想的。

预认证模块和主CPU软件

许多供应商提供预认证的参考设计，通常从第三方以模块的形式获得。当使用特定的天线时，可以简化认证过程，降低成本缩短时间，以及减少产品测试负担。

软件资源需求在不同供应商之间有着很大的差别。如果使用低端的微控制器，就应该寻找集成所有无线USB协议栈的解决方案，它也许会通过串行总线来实现简单或高级的命令接口。

对于更复杂的嵌入式解决方案，在主CPU上实现更多功能是可能的，能够很好地管理连接到用户接口中的设备。特别要注意那些需要大量修改USB协议栈的解决方案，或者在主CPU上需要通过大量实时代码来控制无线层的解决方案，这种方案会增加无形成本。

单或双芯片解决方案和天线的选择

单芯片解决方案开始可能很吸引人，但随后却可能需要大量的外部器件来补偿射频性能的降低，而且也许仅能支持数量有限的频段组。双芯片解决方案可以提供更宽范围的数字接口，并能够卸载更多的主CPU负担。

Artimi A-180芯片就是高度集成的一个例子，它是低功耗、超宽带WiMedia MAC，带有一个嵌入式I／O处理器。该芯片主要面向PC设备，如无线放映机、监视器和存储设备等。

对于UWB天线，可以有很多种选择，取决于应用所要求的性能和体积。因为无线USB所支持的频率范围是3～9GHz，UWB天线的集成可能比集成2.4GHz天线更具挑战性。

对于常规的无线应用，外置偶极天线具有良好的性能，设计工程师是非常容易将其集成到产品中的。然而，这些天线的方向性非常强，并常常受产品所处环境的影响。对于笔记本电脑和显示屏，虽然必须小心处理由于电缆和连接器所带来的小信号损失，特别是在高频情况下的损失，但是定制的金属天线是可以集成到显示屏边框中的。认证

为了保证无线USB产品的互操作性，以及满足世界各地的无线法规，就必须通过许多认证测试。只有通过USB-IF测试的无线USB产品才能够使用无线USB标志。这种测试通常由USB-IF定期举行，或者在分布世界各地的独立测试实验室中进行。在某些地区销售的产品也必须通过相应的常规测试，如美国的FCC测试、欧洲的ETSI测试，或者日本的TELEC测试等。一般而言，虽然可以通过使用预认证的模块来加快获得收到认证证书的时间，但通常也需要12周左右。

成本、体积和功耗

当供应商开发出新的芯片组，并且产量逐步增加时，无线USB的成本会急剧下降。目前模块的成本大约20美元，到2009年，如果大批量采购，每个模块的价格大约是10～15美元，而到2010年会降到5美元左右。

不同无线USB设备的体积是有很大不同的，取决产品需求。如图2所示的一个标准半尺寸的微型卡可以从许多供应商处获得。对于大批量、空间限制严格的应用，可以从专用模块供应商处获得10mm×10mm或更小尺寸的模块。目前的一些解决方案在以全速率480Mb／s通信时的功率消耗是1w左右。