如何縮小您下一個設計的連線選項

工程師在草擬新設計時，除了原本要考量的成本、功耗、尺寸和可用性之外，連線性現在也列入清單中。似乎幾乎任何裝置，無論是手錶、恆溫器還是烤麵包機，都可以透過與外界的連線，發揮更好的作用，從「智障型」變身為「智慧型」裝置。因此，毫不奇怪，實現這種連線的方法相當多種且多樣化，也因此要挑選出最佳解決方案成了一項挑戰。

在考慮連線解決方案的選擇前 (通常會依據技術效能因素，如範圍、傳輸量和功耗等)，設計人員必須先回答三個基本問題：

• 應該採用有線還是無線連線？
• 應該基於標準技術還是專有技術？
• 解決方案需要支援哪些網路拓撲？

有線還是無線？

無線連線的便利性和活動性優勢已經確立，但有時這些炫目優勢反而讓工程師盲目，看不到缺點。例如，由於任何無線鏈路都必須遵循不變的物理定律，因此必須在功耗、範圍和傳輸量之間加以取捨。此外，RF 訊號會受到牆壁、天花板、傢俱和人員等物體的影響而大幅衰退。再加上其他無線電訊號的干擾 (以相同的頻率闖入)，無線鏈路的效能會迅速下降到規格表中剩下一片蒼白。

圖 1：PoE 集線器的優勢在於能夠提供電力和數據。(圖片來源：Netgear)

有線鏈路可解決其中許多難題。訊號完整性和傳輸量通常不受外部干擾的影響，並且範圍雖然會受到纜線長度的限制，但表現上是一致的。為了達到指定功耗，有線連線的傳輸量將明顯勝過於無線連線的傳輸量。有些有線系統 (例如 乙太網路供電 (PoE) 和 USB) 還具有同時提供電力和數據的優勢 (圖 1)。

有線連線的主要缺點是將基礎架構安裝到位的成本和不便、複雜性增加以及升級時的困難。擴充有線網路規模時會涉及重大連線中斷，因為需要安裝更多的纜線和連接器。

從本質上講，有線和無線連線之間的選擇取決於傳輸量、訊號完整性、可靠性、活動性、可擴充性和成本之間的取捨。

標準型還是專有型？

市場上有許多非常優良的專有型連線解決方案。有些範例已經廣泛採用到大家幾乎當成標準了，即使其是從單一廠商取得授權的產品。專有型連線解決方案通常比標準型替代方案更快上市。專有型方案的設計通常只會符合幾個關鍵參數 (如功耗、傳輸量或網狀網路支援)，而不是以「全方位」為目標，否則會有不可避免的取捨，而標準型技術就是如此。

專有技術的更新和增強功能較少受到「委員會設計」變幻莫測的影響，因此能更頻繁問世。如果設計人員希望應用程式使用相同的專有連線解決方案連接到單一裝置，則可安心知道，該技術可運作且幾乎免擔憂。如果該連線證明不可靠，則只需與單一廠商協作，即可簡化使用專有鏈路解決問題的過程。最後，專有鏈路往往可躲過駭客眼線，因此較不易出現安全漏洞，即便在極少數攻擊情況下，廠商往往也能迅速回應修補問題。

標準型解決方案的主要優勢來自於眾多廠商的競爭環境，因此可確保 OEM 有多種供應選項。這種多重廠商的環境也鼓勵大規模推廣，進而提高大眾市場對連線的接受度，通常能讓最終產品廠商享受更有利可圖的市場區隔。

標準型連線解決方案還可確保，任何採用該技術的供應商最終產品之間，都可享有互通性或保證連線。(嗯，幾乎可以保證；即便標榜「互通」的裝置，但無法彼此連線的情況也不是沒見過)。這對消費者是有利的，並可進一步加快市場接受度。

網路拓撲的支援

連線技術的選擇也會受到其需要符合之網路拓撲的影響。大多數解決方案都可處理直接的點對點連線，其中兩個相連裝置可直接通訊，任一方皆可當作中央或周邊裝置。

「星狀」網路是指，中央裝置與多個周邊裝置連線，提供更大靈活性，但也相對更為複雜，並非所有連線技術都有支援。例如，藍牙無線區域網路 (LAN) 是由一個智慧型手機「中樞」，連接到無線揚聲器、穿戴式裝置、運動相機和氣象站組成，或由 USB 中樞，以有線方式連接到 PC、相機、可攜式硬碟和印表機組成。在這些配置中，連接到中樞的裝置無法直接彼此鏈接，始終要透過中樞進行通訊。

圖 2：由低功耗藍牙促成的無線網狀網路能為智慧照明設備帶來內建備援、安全性和可靠性。(圖片來源： Signify)

星形網路有個衍生配置是「樹狀」網路，此時，周邊裝置會連接到幾個中樞裝置之一，而這些中樞會彼此相連。

網狀網路能帶來更大的靈活性，但也會帶來複雜性的代價 (尤其是網路擴大時)，屆時只有特定的連線解決方案可以支援。在網狀配置中，裝置會形成節點，並且連接到其他所有節點。可確保任意兩個節點之間進行通訊。網狀網路帶來一些關鍵優勢，特別是內建備援 (可以輕易繞過故障節點)、安全性和可靠性。

有個有線網狀網路的範例，是由乙太網路交換機透過網際網路協定 (IP) 路由進行通訊所構成。無線網路的範例則是採用低功耗藍牙協定的智慧照明網路 (圖 2)。

結論

透過雙向通訊的連線，可大幅提升產品的功能和使用壽命。裝置可以連結到其他單元或中央監測器，以回報狀態或其周圍現況，又或者接收指令或韌體更新。

然而，挑選裝置如何與外界連結的方式並不容易。挑選節決方案時，有三大基本參數要考量：有線或無線、標準或專有，以及網路拓撲支援類型。這些參數可讓您在 DigiKey 目錄的主要供應商選項中，縮小搜尋範圍，得到可管理的選擇清單。