RF-Transceiver für drahtlose Konnektivität in 5G- und IoT-Geräten

Das Internet der Dinge (IoT) wird erst durch die Vernetzung zwischen Geräten mittels drahtloser Kommunikationstechnologie als Medium zur Verbindung von Menschen, Objekten, Standorten und sogar Tieren mit dem Internet ermöglicht. Ein großer Vorteil der Nutzung von IoT-Geräten ist die direkte Übertragung und kontinuierliche Weitergabe digitaler Daten. Ebenso hat es einen erheblichen Einfluss auf verschiedene Sektoren wie Verkehr, Gesundheit, Wetter und Umweltüberwachung.

Wenn es um Internetverbindungen geht, fallen einem einige Geräte schnell ein; unsere Smartphones, persönlichen Computer, Tablets, Desktops und andere. Sie wurden mit der Fähigkeit gebaut, sich mit dem Internet zu verbinden und dadurch Daten und Informationen auszutauschen. Aber es gibt auch andere intelligente Geräte, die ursprünglich nicht für eine Vernetzung vorgesehen waren. RF-Komponenten bieten diesen Geräten drahtlose Konnektivität und ermöglichen es ihnen, ferngesteuert zu kommunizieren und zu arbeiten, genau wie Computer und Smartphones.

Frequenz und Protokoll

Die Frequenz und das drahtlose Kommunikationsprotokoll bestimmen die relevanten Komponenten, die in jedem IoT-Gerät benötigt werden. Diese beiden Faktoren arbeiten Hand in Hand, um drahtlose Kommunikation innerhalb eines bestimmten Frequenzbands zu ermöglichen. Jedes drahtlose Gerät benötigt einen drahtlosen Transceiver-Chip, um betrieben zu werden und wie vorgesehen zu funktionieren. Viele IoT-Geräte kommunizieren über Wifi, ZigBee, Bluetooth oder ein anderes Protokoll im GHz-Frequenzbereich.

Einige Transceiver können digital rekonfiguriert werden, um bei Bedarf verschiedene Protokolle innerhalb eines einzigen Geräts zu unterstützen. Mit den kommenden 5G-fähigen Geräten müssen Transceiver mit einem Antennenabstimmungsschalter ergänzt werden, um Beamforming für die gerichtete Übertragung zu ermöglichen. Verstärker und Filter sind andere RF-Komponenten, die in einer Vielzahl von Geräten, einschließlich IoT-Geräten, entscheidend sind. Leistungsverstärker und Schwachsignalverstärker werden hauptsächlich in IoT-Geräten verwendet. Schwachsignalverstärker werden auf der Empfängerseite eines drahtlosen Transceivers verwendet, während Leistungsverstärker ihre Anwendung auf der Sendeseite eines Transceivers finden.

Es beginnt mit Ihrem Transceiver

Ihr Transceiver bildet den Grundstein für die drahtlosen Kommunikationsfähigkeiten Ihres IoT-Geräts. Was früher in Sender, Empfänger und andere unterstützende Komponenten unterteilt war, bietet ein integrierter Transceiver-IC Signalverarbeitung, Modulation und Sende-/Empfangsfunktionen in einem einzigen Paket. Hier sind einige ausgezeichnete Optionen für drahtlose Transceiver, die in verschiedenen Frequenzbändern arbeiten:

Semtech, SX1211I084TRT

Dieser SX1211I084TRT-Transceiver von Semtech ist ein Transceiver mit niedrigerer Frequenz, der in den Bändern 863-870, 902-928 oder 950-960 MHz mit FSK- oder OOK-Modulation arbeitet. Die Datenrate für diesen Transceiver erreicht nur 25 kbps mit FSK oder 2 Kbps mit OOK, daher ist seine Verwendung auf Anwendungen beschränkt, die einen geringeren Durchsatz erfordern. Ein gutes Beispiel ist die periodische Datenübertragung von einem kleinen drahtlosen Sensorsystem. Die hochintegrierte Natur dieses Pakets hilft jedoch, die Gesamtkomponentenzahl zu reduzieren, was es ideal für den Einsatz in Wearables macht, die bei niedrigeren RF-Frequenzen kommunizieren:

Die SX1211...hochintegrierte Architektur ermöglicht eine minimale Anzahl externer Komponenten bei gleichzeitiger Beibehaltung der Designflexibilität. Alle wichtigen RF-Kommunikationsparameter sind programmierbar und die meisten davon können dynamisch eingestellt werden. Es entspricht den europäischen (ETSI EN 300-220 V2.1.1) und nordamerikanischen (FCC Teil 15.247 und 15.249) regulatorischen Standards.

Typischer Anwendungsschaltkreis, aus dem SX1211-Datenblatt

Infineon, BGT24MTR12

Für kommende 5G-Anwendungen ist der BGT24MTR12-Transceiver von Infineon eine ausgezeichnete Wahl für drahtlose Kommunikation im Frequenzbereich von 24 bis 24,25 GHz. Die RF-Eingangsterminals sind einseitig, was bedeutet, dass einige Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden müssen, um EMI-Unterdrückung auf der PCB-Ebene zu gewährleisten. Dieses Gerät ist flexibel genug, um mit einer Vielzahl von MCUs über SPI-Kommunikation zu interagieren, und das Gerät hat einen angemessenen Stromverbrauch von 690 mW im Dauerbetriebsmodus mit maximal 11 dBm Ausgangsleistung. Schließlich beinhaltet dieses Gerät einen Temperatursensor und einen Leistungsdetektor als Teil eines Gesamtleistungsregelungsschemas:

Die Überwachung der Chip-Temperatur wird durch den integrierten Temperatursensor bereitgestellt, der eine temperaturproportionale Spannung liefert...Für die RF-Leistungsanzeige sind Spitzenwertdetektoren mit dem Ausgang des TX-Leistungsverstärkers und mit dem LO-Mittelleistungsverstärker verbunden.

Oben- und Untenansichten des BGT24MTR12 RF-Transceivers von Infineon

Maxim Integrated, MAX2829ETN+

Der MAX2829ETN+ RF-Transceiver von Maxim Integrated bietet ein- oder zweibandige drahtlose Kommunikation über 802.11a/g-Weltbänder von 2,4 bis 2,5 GHz und von 4,9 bis 5,875 GHz in einem Oberflächenmontagepaket. Dieser Transceiver ist ideal für IoT-Geräte, die über Wifi und Bluetooth arbeiten. On-Chip-Filter bieten Signalverarbeitung mit guter Rauschunterdrückung bei einer Vielzahl von Basisbandfrequenzen, und die maximale Datenrate hängt vom verwendeten Modulationsschema zur Datenübertragung ab:

Jeder IC eliminiert vollständig die Notwendigkeit für externe SAW-Filter, indem monolithische Filter für sowohl den Empfänger als auch den Sender auf dem Chip implementiert werden. Die Basisbandfilterung und die Rx/Tx-Signalwege sind optimiert, um die 802.11a/g IEEE-Standards zu erfüllen und decken das gesamte Spektrum der erforderlichen Datenraten ab (6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 und 54Mbps für OFDM; 1, 2, 5.5 und 11Mbps für CCK/DSSS)

Beispiel einer 5 GHz Anwendungsschaltung mit dem MAX2829ETN+ RF-Transceiver, gefunden im Datenblatt von Maxim Integrated

Seit IoT-Geräte vor einigen Jahren ins Rampenlicht traten, haben sie sich kontinuierlich weiterentwickelt. Die neuesten Protokolle und Technologien haben dazu beigetragen, dass diese Geräte zugänglicher, energieeffizienter, kostengünstiger und sicherer geworden sind. Neue Produkte mit drahtloser Konnektivität erweitern sich über die Unterhaltungselektronik hinaus; erwarten Sie in den kommenden Jahren weitere Anwendungen in der Fertigung sowie bei vernetzten autonomen Fahrzeugen und 5G-fähigen Geräten.

Die richtige Kombination aus eingebetteter Verarbeitung und präzisen Sensoren kann eine genaue Datenerfassung gewährleisten, während gleichzeitig die Grafikanzeige auf einem Touchscreen unterstützt wird. Die Geräte, die wir hier vorgestellt haben, sind nur ein Teil der verfügbaren Sensing-Optionen für den Einsatz in tragbaren Geräten und Sensornetzwerken. Im Bereich der tragbaren Sensoren sind viele ICs, die mit einem Touchscreen und mehreren Sensoren interagieren können, auf Evaluierungsboards verpackt, was Ihnen ein gewisses Maß an Freiheit gibt, Ihr nächstes tragbares Produkt zu prototypisieren.

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