5GおよびIoTデバイスにおける無線接続用RFトランシーバ

モノのインターネット（IoT）は、無線通信技術を媒体としてデバイス間の相互接続によってのみ可能になります。これにより、人、物、場所、さらには動物までもがインターネットに接続されます。IoTデバイスを使用する主な利点は、デジタルデータの直接伝送と継続的な共有です。同様に、交通、健康、天気、環境モニタリングなどのさまざまなセクターに大きな影響を与えています。

インターネット接続について言えば、すぐに思い浮かぶデバイスがいくつかあります。私たちのスマートフォン、個人用コンピュータ、タブレット、デスクトップなどです。これらはインターネットに接続する機能を備えており、それによってデータや情報を交換します。しかし、元々相互接続を意図していなかった他のスマートデバイスもあります。RFコンポーネントは、これらのデバイスに無線接続を提供し、コンピュータやスマートフォンのように遠隔で通信し、動作させることを可能にします。

周波数とプロトコル

周波数と無線通信プロトコルは、任意のIoTデバイスに必要な関連コンポーネントを決定します。これら2つの要因は、特定の周波数帯での無線通信を提供するために連携して動作します。無線デバイスには、意図したとおりに動作し機能するために無線トランシーバーチップが必要です。多くのIoTデバイスは、Wifi、ZigBee、Bluetooth、またはGHz周波数範囲の他のプロトコルを介して通信します。

一部のトランシーバーは、単一のデバイス内で必要に応じて異なるプロトコルをサポートするためにデジタルで再構成することができます。5G対応デバイスが登場するにつれて、トランシーバーは方向性伝送のためのビームフォーミングを提供するアンテナチューニングスイッチで補完される必要があります。アンプとフィルターは、IoTデバイスを含むさまざまなデバイスで重要なRFコンポーネントです。パワーアンプと弱信号アンプは主にIoTデバイスで使用されます。弱信号アンプは無線トランシーバーの受信側で使用され、パワーアンプはトランシーバーの送信側で使用されます。

トランシーバーから始めましょう

あなたのトランシーバーは、IoTデバイスの無線通信機能の基盤を形成します。かつては送信機、受信機、およびその他のサポートコンポーネントに分かれていたものが、統合されたトランシーバーICによって、信号調整、変調、および送受信機能が単一のパッケージで提供されます。こちらは、さまざまな周波数帯で動作する無線トランシーバーの優れたオプションです：

Semtech, SX1211I084TRT

このSX1211I084TRTトランシーバーはSemtechからのもので、863-870、902-928、または950-960 MHzの帯域で動作する低周波トランシーバーで、FSKまたはOOK変調を使用します。このトランシーバーのデータレートはFSKで最大25kbps、OOKで2kbpsにしかならないため、低スループットを伴うアプリケーションに限定されます。小型無線センサーアレイからの周期的なデータ送信が良い例です。しかし、このパッケージの高度に統合された性質は、全体のコンポーネント数を削減するのに役立ち、低RF周波数で通信するウェアラブルに最適です：

SX1211...高度に統合されたアーキテクチャは、設計の柔軟性を維持しながら最小限の外部コンポーネント数を可能にします。主要なRF通信パラメータはプログラム可能であり、そのほとんどは動的に設定可能です。ヨーロッパ（ETSI EN 300-220 V2.1.1）および北米（FCC part 15.247および15.249）の規制基準に準拠しています。

SX1211データシートからの典型的なアプリケーション回路

Infineon, BGT24MTR12

今後の5Gアプリケーションにおいて、BGT24MTR12トランシーバーはInfineonからのもので、24から24.25 GHzの周波数範囲での無線通信に優れた選択肢です。RF入力端子はシングルエンドであり、PCBレベルでEMI抑制を提供するためには注意が必要です。このデバイスは、SPI通信を介して様々なMCUとインターフェースするのに十分な柔軟性を持ち、連続動作モードでの消費電力は690 mWで、最大出力電力は11 dBmです。最後に、このデバイスには全体の電力調整スキームの一部として温度センサーと電力検出器が含まれています：

チップ温度の監視は、温度に比例した電圧を出力するオンチップ温度センサーによって提供されます...RF電力表示のために、ピーク電圧検出器がTXパワーアンプの出力とLO中電力アンプに接続されています。

InfineonからのBGT24MTR12 RFトランシーバーの上部と下部の画像

Maxim Integrated, MAX2829ETN+

MAX2829ETN+ RFトランシーバーはMaxim Integratedからのもので、2.4から2.5 GHz、および4.9から5.875 GHzの802.11a/g世界帯域で単一またはデュアルバンドの無線通信を提供します。このトランシーバーは、WifiおよびBluetoothで動作するIoTデバイスに理想的です。オンチップフィルターは、様々なベースバンド周波数で良好なノイズ除去を提供する信号調整を行います。最大データレートは、データを送信するために使用される変調方式に依存します：

各ICは、受信機と送信機の両方に対してチップ上でモノリシックフィルタを実装することにより、外部のSAWフィルタの必要性を完全に排除します。ベースバンドフィルタリングとRx/Tx信号経路は、802.11a/g IEEE標準を満たし、必要なデータレートの全範囲（OFDMの場合は6、9、12、18、24、36、48、54Mbps；CCK/DSSSの場合は1、2、5.5、11Mbps）をカバーするように最適化されています。

Maxim Integratedのデータシートに記載されているMAX2829ETN+ RFトランシーバを使用した5 GHzアプリケーション回路の例

IoTデバイスが数年前に注目を集めて以来、進化し続けています。最新のプロトコルと技術がこれらのデバイスをよりアクセスしやすく、エネルギー効率が良く、コスト効果が高く、安全にしました。無線接続を備えた新製品は、消費者向け電子機器を超えて拡大し、今後数年間で製造業、自動運転車、5G対応デバイスなどの分野でのさらなる応用が期待されます。

組み込み処理と正確なセンサーの適切な組み合わせを使用することで、正確なデータ取得を保証しつつ、タッチスクリーン上でのグラフィック表示をサポートできます。ここで紹介したデバイスは、ウェアラブルデバイスやセンサーネットワークで使用可能なセンシングオプションの一部に過ぎません。ウェアラブルセンサーの領域では、タッチスクリーンや複数のセンサーとインターフェースできる多くのICが評価ボードに搭載されており、次のウェアラブル製品のプロトタイプを作成するためのある程度の自由度を提供します。

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