Maschine-zu-Maschine-Kommunikation und Internet der Dinge profitieren von drahtlosen Verbindungen

Erstellt: September 15, 2021
Business wireless network concept

Haben Sie schon einmal ein neues Gadget gekauft und sich gefragt, wie Sie vorher ohne dieses Gerät überleben konnten? Mir fällt da zuallererst das Smartphone ein. Als Kind spielte ich mit Stöcken und Steinen, jetzt spielen meine Kinder damit virtuell auf ihren iPhones. Drahtlose Hochgeschwindigkeitsverbindungen werden für das Internet der Dinge eine ähnliche Bedeutung erlangen. Keyssa hat einen neuen Nahbereichschip entwickelt, der im 60-GHz-Band arbeitet und nach eigenen Angaben alle derzeitigen kabelgebundenen Anschlüsse ersetzen wird. Stellen Sie sich ein Laptop ohne USB-, HDMI- oder Audio-Anschlüsse an der Seite vor. Stellen Sie sich vor, wie sich Ihre PCB-Designs ändern würden, wenn Sie nur noch einen kleineren Verbindungschip benötigen statt einer physikalischen Schnittstelle. Diese neue Art der Kommunikation könnte das Design von Mobilgeräten grundlegend verändern, muss aber zunächst einige Herausforderungen meistern.

Drahtlose Nahfeldkommunikation

Smartphones haben unser Leben revolutioniert, und einfache drahtlose Chips mit kurzer Reichweite könnten das Gleiche mit unseren Smartphones tun. Keyssa hat einen Nahbereichschip entwickelt, der im mm-Wellenbereich (30 GHz bis 300 GHz), insbesondere im 60-GHz-Band, arbeitet und Daten rasant schnell übertragen kann. Diese „Kiss Connectivity“ arbeitet mit gängigen Kommunikationsprotokollen und ist damit einfacher zu integrieren als viele konkurrierende Systeme.

Keyssas Ziel ist es, mit diesem Chip herkömmliche kabelgebundene Anschlüsse wie etwa USB oder HDMI zu ersetzen. Um mit den herkömmlichen Leitungsverbindungen konkurrieren zu können, mussten sie hohe Übertragungsgeschwindigkeiten erzielen. Durch die Verwendung von Millimeterwellen können diese integrierten Schaltkreise (ICs) diese hohen Geschwindigkeiten übertragen – ähnlich wie 5G mit bis zu 6 Gbit/s. Neben den hohen Geschwindigkeiten müssen die Geräte jedoch ohne das bei Wi-Fi oder Bluetooth bekannte Pairing auskommen. Dieses Problem wird durch die räumliche Nähe der Chips zueinander gelöst. Das heißt: Die Chips senden nur dann, wenn sie sich sehr nahe beieinander befinden, wodurch ein komplizierter Paarungsprozess entfallen kann.

Ein Produkt für die Nutzer zu vereinfachen ist schön und gut. Doch was ist mit den Entwicklern, die den Chip in ihre Designs integrieren müssen? Um die Produktintegration zu vereinfachen, hat Keyssa es kompatibel mit Protokollen wie USB und HDMI gemacht – ohne lästigen Software-Overhead. Die Verwendung von Standardprotokollen statt proprietärer Lösungen ist ihr Alleinstellungsmerkmal gegenüber der Konkurrenz. Ein weiterer Vorteil für Designer ist, dass der Chip „um Größenordnungen günstiger ist als drahtlose Lösungen“.

Einige Unternehmen versuchen bereits, die Zahl der physikalischen Schnittstellen drastisch zu reduzieren; das iPhone 7 zum Beispiel hat nur eine. Ich gehe davon aus, dass Apple in den nächsten drei Iterationen seines iPhones eine vollständig drahtlose Lösung anbieten wird. Natürlich versuchen Keyssa und Apple, Produkte zu verkaufen, also lassen Sie uns die Vor- und Nachteile dieser Technologie von einem objektiven Standpunkt aus betrachten.

Frustrated man with tangled wires
Kabelsalat könnte mit dieser Technologie der Vergangenheit angehören.

Vorteile

  • Hohe Datenübertragungsrate - Keyssa preist seine Technologie mit einer Datenübertragungsrate von bis zu 6 Gbit/s an. Zum Vergleich: 5G arbeitet in den nächsten Jahren auf eine praktische Grenze von 10 Gbit/s hin. Vergleicht man dies mit aktuellen USB-3.0-Laufwerken mit einer maximalen Lesegeschwindigkeit von 383 MByte/s (~3 Gbit/s), wird der unmittelbare Vorteil der Übertragungsrate deutlich. Allerdings hat auch USB 3.1 eine theoretische Grenze von 10 Gbit/s, sodass es irgendwann aufholen kann.

  • Bequemlichkeit - Dies ist einer der größten Vorteile für die Nutzer. Wir alle lieben unsere Handys, hassen es aber, sie mit Displays zu pairen. Eine drahtlose „Plug-and-play“-Technologie ist das ideale Szenario.

  • Platz - Die physischen Abmessungen von Steckverbindern begrenzen die Geräteabmessungen. Stellen Sie sich vor, Sie müssten Ihr Gerät nicht mit so vielen verschiedenen Anschlüssen ausstatten und könnten einen einzigen Drahtlos-Chip für die gesamte Datenübertragung verwenden. Damit hätten Sie viel Platz auf Ihrer Platine und könnten Ihre Entwürfe viel kreativer gestalten.

Nachteile

  • Unkomfortabel - Der Nachteil der drahtlosen Technologie ist, dass wir bisher nicht besonders gut darin sind, damit Energie zu übertragen, obwohl einige Forscher daran arbeiten. Viele Geräte werden über USB oder andere Datenverbindungen mit Strom versorgt. Bis wir also in der Lage sind, effizient per Wireless aufzuladen, wird diese Technologie nur bei bestimmten (Peripherie-)Geräten eingesetzt werden können.

  • Geräteerkennung - Der Chip von Keyssa löst das Problem der Gerätekopplung durch Annäherung. In der Regel wollen wir unsere Geräte jedoch nicht physisch nah beieinander betreiben. Das Pairing ist der Fluch jeder drahtlosen Kommunikation, und diese Technologie ist da keine Ausnahme.

  • Neu - Der Mensch fürchtet Veränderungen. Solange sich diese Technologie nicht bewährt hat, werden die Menschen ihr nicht vertrauen, und sie kann nicht verifiziert werden, wenn sie niemand nutzt – ein Teufelskreis. Die Antwort wären innovative Pioniere mit einem festen Kundenstamm wie Apple, die diese Technologie zuerst integrieren sollten. Umgekehrt könnten Sie mit diesem Chip eine erstaunliche Produktreihe entwerfen und die Konkurrenz ausstechen.

Wireless charging of smartphone
Solange das kabellose Laden nicht perfektioniert ist, wird diese Art von Chip nur begrenzt einsetzbar sein.

Möglichkeiten

Wenn man die Vor- und Nachteile dieser Kommunikationstechnik in Betracht zieht, gibt es mehrere Bereiche, in denen uns diese Technologie gute Dienste leisten könnte. Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) und Wearables sind die beiden offensichtlichsten Anwendungen, weshalb ich auf sie näher eingehe.

Das IoT verspricht, unsere Häuser und Städte zu überwachen, aber wie werden wir diese Informationen gewinnen? Wenn ich mein Wi-Fi zur Kommunikation mit meinem Smart Hub verwende und es ausfällt, kann ich keine Befehle mehr senden oder Daten empfangen. Man könnte diese Chips einsetzen, um den Nutzern den Zugriff auf Daten durch einfaches Auslesen zu ermöglichen. Man kommt von der Arbeit, legt sein Smartphone daneben und lädt sofort all die Daten herunter, die man möchte. Es ist nicht nötig, mit den ganzen Daten, die Sie vielleicht gar nicht alle brauchen, das WLAN zu verstopfen – senden Sie sie einfach lokal.

Dies wäre besonders nützlich, wenn es um Wearables geht. Sie haben meist einen kleinen Formfaktor und verfügen nur über wenige Tasten. Dies macht die Anmeldung an einem Wi-Fi-Netz oder die Kopplung über Bluetooth problematisch. Mit einem solchen IC in Ihrem Wearable kann der Nutzer schnell auf Daten zugreifen, ohne Knöpfe zu betätigen oder eine Verbindung zu einem Netzwerk herstellen zu müssen.

Drahtlose Systeme gibt es schon lange, aber diese Technologie ist noch nicht weit verbreitet. Die Chips von Keyssa beheben die von den Anwendern ungeliebten Verbindungsprobleme und bieten den Designern gleichzeitig eine viel kleinere und stromsparende Alternative zu herkömmlichen Steckern. Natürlich hat diese Methode ihre Schwächen, aber sie kann dennoch nützlich sein. Die lokalen, schnellen Datenübertragungsmöglichkeiten könnten auf dem IoT- und Wearable-Markt von großem Nutzen sein.

Mit diesem Chip eröffnen ganz sich neue Möglichkeiten für das Design von Leiterplatten. Sie haben viel mehr Platz und können Ihre Leiterplatten ganz anders auslegen. Um diese Möglichkeiten voll ausschöpfen zu können, brauchen Sie eine Design-Software, die genauso modern ist wie die Technologie, die Sie verwenden. Wenn Sie ein benutzerfreundliches PCB-Layout-Tool benötigen, das alles enthält, was Sie für die Erstellung hochwertiger, fertigungsgerechter Leiterplatten brauchen, sind Sie bei CircuitMaker an der richtigen Adresse. Zusätzlich zu der benutzerfreundlichen PCB-Designsoftware haben alle CircuitMaker-Anwender Zugang zu einem persönlichen Arbeitsbereich auf der Altium-365-Plattform. Sie können Ihre Designdaten in die Cloud hochladen und speichern, und Ihre Projekte ganz einfach über Ihren Webbrowser auf einer sicheren Plattform betrachten.

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