空中唤醒：为低功耗设备量身定制

随着科技的发展，越来越多的便携式设备也如雨后春笋般地诞生，但便携式设备都会面临同样的难题——续航，影响着续航的两大因素就是电池容量和设备功耗。

 

电池容量通常跟设备体积相关联，电池容量越大同时意味着设备体积越大。

 

因此在同样电池容量下，提高续航能力就意味着降低设备低功耗，WOR（Wake On Radio）技术就是为了低功耗设备量身定制的技术。

 

空中唤醒

 

WOR（Wake on Radio）技术是通过减少接收端射频处于接收状态时间，其余时间工作在深度睡眠模式来降低设备整体功耗，同时能保证设备能正常接收，但发送端需要发送更长的时间来保证接收端被唤醒。 

 

WOR接收电流示意图如下所示：

 

而通常处于接收模式的电流消耗图如下所示：
 

 

若一般模式下的接收电流为15mA左右，休眠电流为5uA左右，T1为1000ms（WOR周期），T2（深度睡眠模式时间）为970ms，T3（接收模式时间时间）为30ms，则功耗只有正常接收电流的3%左右，能大幅度降低整体功耗。

LoRa（Long Range）是一种基于CCS（线性调制扩频技术）的长距离无线电，其封包格式如下所示：
 

WOR（空中唤醒）最重要的一点是如何确认空中是否有需要的数据存在，Semtech旗下的LoRa产品一般都会有前导码检测中断，有了前导码检测中断的硬件基础，便可通过外部MCU周期性唤醒LoRa芯片进入接收模式并检测前导码中断是否被触发。
 

 

若前导码中断未被触发，则一段时间后（T3）再次进入深度睡眠模式（T2）；

 

若前导码中断被触发，则可在前导码中断中继续延长接收时间（T3）来保证接收完整包数据，接收并处理完成数据后整个系统再次进入深度睡眠模式，其时序图如下图所示。

 

为了保证接收端能稳定的收到数据，发送端的前导码长度必须大于一个WOR周期，时间过短会导致接收方丢包。

WOR角色一般分为发送方和接收方：
 

发送方（TX）：发送数据前添加一个WOR周期长的前导码来唤醒接收方；

接收方（RX）：周期性进入接收模式，其余时间处于深度睡眠以减少耗电。

 

单点唤醒

 

然而上述的WOR方式在同信道下前导码会被所有设备无差别识别，导致范围内所有的设备全部被唤醒，直到发送端发送完数据才能再次进入深度睡眠模式。为了解决这一难题，E330-400T13S提出了单点唤醒来解决这个问题。

 

与上述的WOR方式不同，单点唤醒在唤醒时不会持续唤醒非目标设备，E330-400T13S采用FSK/GFSK调制，故其封包和LoRa有所不同，最重要的是FSK/GFSK具有同步字（SYNCWORD）过滤机制。将地址设置为同步字，当同步字不一样时数据会直接被硬件过滤导致无法通信。

 

单点唤醒不再采用LoRa发送很长的前导码，因为在同一信道下发送前导码一定会唤醒同类型的所有设备，且会保持唤醒状态，导致整个网络虽然不应该接收数据，但却一直被强制性的唤醒进入接收模式。

 

单点唤醒在此点上做出了优化，选择使用短前导码+同步字+ 0（DATA）形式的短封包取代很长的前导码，如下图所示，短封包发送时间也应是大于一个WOR周期。

不同之处在于，单点唤醒利用了硬件同步字过滤的功能：

当同步字不同时，直接丢弃后续数据并进入休眠模式，等待下个周期进入接收模式；

当同步字相同时，会自动延长接收时间，直到接收完整包数据。

如上图时序图所示：

当发送端发送的同步字和接收端相同时，接收端表现与LoRa的WOR唤醒是一致的；

但当发射端发送的同步字与接收端不同时，接收端会立刻再次进入休眠模式，直到下个周期再次进入接收模式才能接收到其他的数据。

 

低功耗+空中唤醒
 

更多产品切入点

 

超长续航

低功耗下的超长续航和功能优化，成为更外移动智能产品的诉求点，低功耗技术能有效减少智能终端产能过剩，优化智能终端设备的功耗，降低能耗浪费，从而提高设备的续航时间，提升设备续航表现。

比如低功耗蓝牙芯片的使用使无线耳机的续航能力明显增强。对于高度集成的智能产品而言，决定其续航能力的往往在于功耗控制上。

 

灵活设计

低功耗技术的应用给产品的外形设计和功能设计带来更大的想象空间，更加灵活的设计，产品的适应能力更强，摆脱束缚。

 

安装便捷

低功耗智能终端设备在安装和操作上，摆脱繁琐而专业的安装要求，没有额外的辅助硬件，有些设备已经可实现一体化安装和简洁化操作，用户可自行安装，极大降低了运营成本。摆脱电源线路接入环境，极大减少了安全隐患。

尽可能休眠，最大限度降低功耗，节点能尽可能及时地收发无线数据，空中唤醒做到了。如果说低功耗为产品插上了想象的翅膀，空中唤醒则使想象成真。