如何為物聯網構建遠程、低功耗無線網絡

2074808 2022-11-28 | pdf | 312.79KB | 次下載 | 免費

資料介紹

在不受管制的 sub-GHz 頻段中創建鏈接對工業應用的物聯網 (IoT) 系統開發人員的吸引力越來越大。32 位或 8 位低成本微控制器與高性能 sub-GHz RF 收發器的組合為設計有效的遠程節點開辟了機會。這通過減少所需網關設備的數量并允許更輕松地擴展 IoT 部署來降低成本。在不受管制的 sub-GHz 頻段中創建鏈接對工業應用的物聯網 (IoT) 系統開發人員的吸引力越來越大。32 位或 8 位低成本微控制器與高性能 sub-GHz RF 收發器的組合為設計有效的遠程節點開辟了機會。這通過減少所需網關設備的數量并允許更輕松地擴展 IoT 部署來降低成本。設計人員還可以降低范圍或數據速率，以提供更長的電池壽命，在某些情況下可達 20 年。這可以顯著降低在可能具有數萬個節點的工業網絡中更換電池的運營成本。在不顯著增加運營成本的情況下添加更多節點的能力是此類 sub-GHz 設計的一個令人信服的理由。設計人員還可以降低范圍或數據速率，以提供更長的電池壽命，在某些情況下可達 20 年。這可以顯著降低在可能具有數萬個節點的工業網絡中更換電池的運營成本。在不顯著增加運營成本的情況下添加更多節點的能力是此類 sub-GHz 設計的一個令人信服的理由。網絡架構師之前一直青睞 2.4 GHz 頻段，因為該頻段具有 Wi-Fi、藍牙、6LoPAN 和 ZigBee 等標準化協議，并提供軟件和應用程序支持。然而，具有高性能 32 位 ARM 微處理器內核的 sub-GHz 設備日益復雜，這使得芯片制造商能夠為設備提供更多支持，甚至包括實時操作系統。同時，獨立收發器包含其自身的 sub-GHz 協議控制器內核，可與低成本外部控制器一起使用，為物聯網節點提供經濟高效的無線鏈路。這為節點設計人員在架構和實施方面提供了巨大的靈活性，以實現范圍、功耗和數據速率的最佳平衡。網絡架構師之前一直青睞 2.4 GHz 頻段，因為該頻段具有 Wi-Fi、藍牙、6LoPAN 和 ZigBee 等標準化協議，并提供軟件和應用程序支持。然而，具有高性能 32 位 ARM 微處理器內核的 sub-GHz 設備日益復雜，這使得芯片制造商能夠為設備提供更多支持，甚至包括實時操作系統。同時，獨立收發器包含其自身的 sub-GHz 協議控制器內核，可與低成本外部控制器一起使用，為物聯網節點提供經濟高效的無線鏈路。這為節點設計人員在架構和實施方面提供了巨大的靈活性，以實現范圍、功耗和數據速率的最佳平衡。例如，On Semiconductor的例如，On Semiconductor的AX5243AX5243是一款單芯片、超低功耗、窄帶收發器，適用于 27 至 1050 MHz 的頻段。片上收發器集成了帶調制器和解調器的 RF 前端，以及嵌入式通信控制器中的基帶處理，可通過 SPI 接口實現用戶友好的通信。它采用適用于低功耗設計的 1.8 V 至 3.6 V 電源供電，工作溫度范圍為 -40°C 至 85°C。是一款單芯片、超低功耗、窄帶收發器，適用于 27 至 1050 MHz 的頻段。片上收發器集成了帶調制器和解調器的 RF 前端，以及嵌入式通信控制器中的基帶處理，可通過 SPI 接口實現用戶友好的通信。它采用適用于低功耗設計的 1.8 V 至 3.6 V 電源供電，工作溫度范圍為 -40°C 至 85°C。圖 1：ON Semiconductor 的 AX5243 通過其集成控制器支持多種調制方案。圖 1：ON Semiconductor 的 AX5243 通過其集成控制器支持多種調制方案。與 2.4 GHz 頻段不同，頻段、調制方案和最終數據速率的選擇都會對設計中的功耗產生重大影響。收發器使用 7 至 48 mA 的電流以 868 MHz 載波頻率傳輸，或使用 4 至 51 mA 的電流以 169 MHz 傳輸，具體取決于輸出功率。在接收操作中；它在 868 MHz 載波頻率時使用 9 - 11 mA，在 169 MHz 時使用 6.5 - 8.5 mA。與 2.4 GHz 頻段不同，頻段、調制方案和最終數據速率的選擇都會對設計中的功耗產生重大影響。收發器使用 7 至 48 mA 的電流以 868 MHz 載波頻率傳輸，或使用 4 至 51 mA 的電流以 169 MHz 傳輸，具體取決于輸出功率。