在物聯網無線通信領域,隨著行業應用場景的不斷拓寬,同一頻段下的設備通信需求正呈指數級增長,然而這一增長趨勢卻與頻譜資源的有限性形成了鮮明對立,信道擁擠、信號串擾與非線性失真等不良現象所造成的“通信壓力”正在持續放大。
從智能家居的設備互聯到工業物聯網的實時控制,從智慧樓宇的廣域組網到智慧城市的海量數據傳輸,有限的頻譜資源不僅需要滿足不斷增長的設備通信需求,還需要適配不同場景對速率、時延與可靠性等差異化要求。
在此背景下,如何在有限的頻譜資源中實現更為穩定的無線通信質量,已成為物聯網行業發展路徑中的核心命題。
提升無線通信質量,Sub-GHz射頻芯片有何“秘訣”?
Sub-GHz射頻芯片是指工作在頻率低于1GHz(如315MHz、433MHz、868MHz、915MHz等)的無線通信器件,主要用于實現物聯網設備間的互聯互通,是無線載波和數字信號之間的“翻譯官”,具備低功耗、長距離傳輸與抗干擾能力相對較強等特性。

如上圖所示,華普微自主研發的CMT2310A就是一款擁有多種特色收發功能、可有效提升物聯網設備無線通信質量的數字模擬一體化收發機產品,其使用32MHz的晶體提供PLL的參考頻率和數字時鐘,并支持Direct和Packet兩種數據處理模式。
系統功能框圖(CMT2310A)CMT2310A射頻接收鏈路采用了LNA+MXR+PGA+ADC+PLL的低中頻結構,射頻發射鏈路采用標準的PLL+PA結構,無需額外增加射頻開關器件,即可擁有良好的發射與接收射頻性能。
當CMT2310A工作在有強帶外干擾的環境時,器件可通過自動增益控制環路調節系統的增益,即可獲得最佳的系統線性度、選擇性與靈敏度等性能。
值得一提的是,CMT2310A內部還設有一個小型的微控制器(只限于原廠內部編程),該控制器負責調度芯片的各種運作,包括支持豐富的無線收發處理,例如自動ACK、自動跳頻、DUTY-CYCLE低功耗收發與載波監聽多路訪問CSMA等特色收發功能。
CMT2310A提供SPI通訊接口,外部MCU可通過訪問相關寄存器的方式來對芯片的各種功能進行配置,控制主芯片,并訪問FIFO。
CMT2310A寄存器區域劃分表以載波監聽多路訪問(CSMA)功能為例,外部MCU可通過讀寫相關寄存器來設置信道非空閑情況下最大偵聽的次數,如果在達到最大偵聽次數后,信道仍處于繁忙狀態,CMT2310A則退出CSMA返回到READY狀態。
載波監聽多路訪問的運行流程圖CSMA功能是一種在傳輸發射前先感知當前信道閑忙情況再決定是否發送的一種沖突避免機制(先聽后說),其核心機制是通過將RSSI與設定的閾值做比較,從而判斷信道閑忙情況。
CSMA功能避免了不同發射機同時使用相同的信道,并增加了接收機正確接收到數據包的概率,可有效提升物聯網設備的通信質量。(注:更多細節請閱讀CMT2310A產品規格書)
CMT2310A,為物聯網設備通信保駕護航
CMT2310A采用QFN封裝技術,產品尺寸僅為4mm×4mm×0.75mm,具備高集成度,極大地簡化了系統設計中所需的外圍物料。
同時,高達+20dBm的發射功率和-122dBm的靈敏度優化了應用的鏈路性能,可以靈活地滿足各種應用的需求。
例如,在低功耗的無線傳感器網絡中,合理配置CMT2310A的相關寄存器即可使得傳感器節點的Tx和Rx工作于Duty Cycle運轉模式,可在確保數據可靠傳輸的同時,大幅降低傳感器節點的運行功耗,延長節點待機時間。
在分布式的電表網絡中,大量電表節點通常分布于居民樓、工業廠區等復雜環境,需定期將用電量、電壓等數據上傳至數據中心。
CMT2310A的Duty Cycle低功耗模式可使節點僅在預設抄表時段(如每日凌晨)喚醒,通過SPI接口快速讀取電表數據并完成調制發射,其余時間進入深度休眠狀態,大幅降低運維成本。
展望未來,隨著全球物聯網設備連接規模持續激增,Sub-GHz射頻芯片作為支撐萬物互聯的底層通信硬件之一,將圍繞“高效用頻、泛在連接、靈活適配、穩定可靠”等方向進行持續技術迭代,以推動無線通信向更智能、更普惠、更穩定的方向發展,深度賦能千行百業的數字化互聯升級。
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