Transceptores RF para Conectividade Sem Fio em Dispositivos 5G e IoT

A internet das coisas (IoT) só é possível graças à interconectividade entre dispositivos usando a tecnologia de comunicação sem fio como meio de conectar pessoas, objetos, locais e até animais à internet. Uma grande vantagem do uso de dispositivos IoT é a transmissão direta e o compartilhamento contínuo de dados digitais. Da mesma forma, tem um impacto substancial em diferentes setores, como tráfego, saúde, clima e monitoramento ambiental.

Quando se trata de conectividade à internet, alguns dispositivos rapidamente vêm à mente; nossos smartphones, computadores pessoais, tablets, desktops e outros. Eles foram construídos com a capacidade de se conectar à internet e, ao fazer isso, trocar dados e informações. Mas há outros dispositivos inteligentes que originalmente não foram projetados para ter interconectividade. Componentes RF fornecem conectividade sem fio a esses dispositivos e permitem que eles se comuniquem e trabalhem remotamente, assim como computadores e smartphones.

Frequência e Protocolo

A frequência e o protocolo de comunicação sem fio determinarão os componentes relevantes necessários em qualquer dispositivo IoT. Esses dois fatores trabalham juntos para fornecer comunicação sem fio dentro de uma certa faixa de frequência. Qualquer dispositivo sem fio requer um chip transceptor sem fio para operar e funcionar conforme o pretendido. Muitos dispositivos IoT se comunicam via Wifi, ZigBee, Bluetooth ou algum outro protocolo na faixa de frequência GHz.

Alguns transceptores podem ser reconfigurados digitalmente para suportar diferentes protocolos conforme necessário em um único dispositivo. Com os dispositivos habilitados para 5G que estão chegando, os transceptores devem ser complementados com um interruptor de sintonia de antena para fornecer formação de feixe para transmissão direcional. Amplificadores e filtros são outros componentes RF que são cruciais em uma variedade de dispositivos, incluindo dispositivos IoT. Amplificadores de potência e amplificadores de sinal fraco são usados principalmente em dispositivos IoT. Amplificadores de sinal fraco são usados no lado receptor de um transceptor sem fio, enquanto amplificadores de potência encontram seu lugar no lado de transmissão de um transceptor.

Começa Com Seu Transceptor

Seu transceptor formará a pedra angular das capacidades de comunicação sem fio do seu dispositivo IoT. O que costumava ser separado em transmissores, receptores e outros componentes de suporte, um IC transceptor integrado fornece condicionamento de sinal, modulação e funções de transmissão/recepção em um único pacote. Aqui estão algumas excelentes opções para transceptores sem fio que operam em várias faixas de frequência:

Semtech, SX1211I084TRT

Este transceptor SX1211I084TRT da Semtech é um transceptor de frequência mais baixa que opera nas bandas de 863-870, 902-928 ou 950-960 MHz com modulação FSK ou OOK. A taxa de dados para este transceptor alcança apenas 25 kbps com FSK ou 2 Kbps com OOK, portanto, seu uso é limitado a aplicações que envolvem menor taxa de transferência. Um ótimo exemplo é a transmissão de dados periódica de um pequeno conjunto de sensores sem fio. No entanto, a natureza altamente integrada deste pacote ajuda a reduzir a contagem geral de componentes, tornando-o ideal para uso em dispositivos vestíveis que se comunicam em frequências RF mais baixas:

O SX1211...a arquitetura altamente integrada permite um número mínimo de componentes externos enquanto mantém a flexibilidade de design. Todos os principais parâmetros de comunicação RF são programáveis e a maioria deles pode ser definida dinamicamente. Ele está em conformidade com os padrões regulatórios europeus (ETSI EN 300-220 V2.1.1) e norte-americanos (FCC parte 15.247 e 15.249).

Circuito de aplicação típico, do datasheet do SX1211

Infineon, BGT24MTR12

Para futuras aplicações 5G, o transceptor BGT24MTR12 da Infineon é uma excelente escolha para comunicação sem fio na faixa de frequência de 24 a 24,25 GHz. Os terminais de entrada RF são de extremidade única, o que significa que será necessário ter cuidado para fornecer supressão de EMI no nível do PCB. Este dispositivo é flexível o suficiente para se interfacear com uma variedade de MCUs através da comunicação SPI, e o dispositivo tem um consumo de energia razoável de 690 mW em modo de operação contínua com potência máxima de saída de 11 dBm. Finalmente, este dispositivo inclui um sensor de temperatura e detector de potência como parte de um esquema geral de regulação de potência:

O monitoramento da temperatura do chip é fornecido pelo sensor de temperatura integrado que entrega uma voltagem proporcional à temperatura...Para indicação de potência RF, detectores de tensão de pico são conectados à saída do amplificador de potência TX e ao amplificador de potência média LO.

Imagens superior e inferior do transceptor RF BGT24MTR12 da Infineon

Maxim Integrated, MAX2829ETN+

O transceptor RF MAX2829ETN+ da Maxim Integrated fornece comunicação sem fio de banda única ou dupla via bandas mundiais 802.11a/g de 2,4 a 2,5 GHz, e de 4,9 a 5,875 GHz em um pacote de montagem em superfície. Este transceptor é ideal para dispositivos IoT que operam via Wifi e Bluetooth. Filtros integrados fornecem condicionamento de sinal com boa rejeição de ruído em uma variedade de frequências de base, e a taxa de dados máxima depende do esquema de modulação usado para transmitir dados:

Cada CI elimina completamente a necessidade de filtros SAW externos, implementando filtros monolíticos no chip tanto para o receptor quanto para o transmissor. A filtragem de baseband e os caminhos de sinal Rx/Tx são otimizados para atender aos padrões IEEE 802.11a/g e cobrir toda a gama das taxas de dados requeridas (6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 e 54Mbps para OFDM; 1, 2, 5.5 e 11Mbps para CCK/DSSS)

Exemplo de circuito de aplicação de 5 GHz com o transceptor de RF MAX2829ETN+, encontrado na ficha técnica da Maxim Integrated

Desde que os dispositivos IoT entraram em destaque há alguns anos, eles continuam a evoluir. Os últimos protocolos e tecnologias ajudaram esses dispositivos a se tornarem mais acessíveis, energeticamente eficientes, econômicos e seguros. Novos produtos com conectividade sem fio estão se expandindo além da eletrônica de consumo; espere mais aplicações na manufatura, bem como em veículos autônomos conectados e dispositivos habilitados para 5G nos próximos anos.

Usar a combinação certa de processamento embutido e sensores precisos pode garantir a aquisição de dados precisa enquanto suporta a exibição gráfica em uma tela sensível ao toque. Os dispositivos que apresentamos aqui são apenas uma parte das opções de sensores disponíveis para uso em dispositivos vestíveis e redes de sensores. No reino dos sensores vestíveis, muitos CIs que podem interagir com uma tela sensível ao toque e vários sensores são embalados em placas de avaliação, dando-lhe algum nível de liberdade para prototipar seu próximo produto vestível.

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