Радиочастотные приемопередатчики для беспроводной связи в устройствах 5G и IoT

Интернет вещей (IoT) становится возможным только благодаря взаимосвязи между устройствами, использующими технологию беспроводной связи в качестве средства соединения людей, объектов, мест и даже животных с интернетом. Основным преимуществом использования устройств IoT является прямая передача и непрерывный обмен цифровыми данными. Также это оказывает значительное влияние на различные сектора, такие как транспорт, здравоохранение, погода и мониторинг окружающей среды.

Когда речь заходит о подключении к интернету, сразу приходят на ум некоторые устройства; наши смартфоны, персональные компьютеры, планшеты, настольные компьютеры и другие. Они были созданы с возможностью подключения к интернету и, таким образом, обмена данными и информацией. Но есть и другие умные устройства, которые изначально не предполагались для взаимосвязи. Компоненты RF обеспечивают беспроводное подключение к этим устройствам и позволяют им общаться и работать удаленно, как компьютеры и смартфоны.

Частота и протокол

Частота и протокол беспроводной связи определят необходимые компоненты для любого устройства IoT. Эти два фактора работают вместе, чтобы обеспечить беспроводную связь в определенной частотной полосе. Любое беспроводное устройство требует чип беспроводного трансивера для работы и функционирования в соответствии с назначением. Многие устройства IoT общаются через Wifi, ZigBee, Bluetooth или какой-либо другой протокол в диапазоне частот ГГц.

Некоторые трансиверы могут быть цифрово перенастроены для поддержки различных протоколов по мере необходимости в одном устройстве. С появлением устройств, поддерживающих 5G, трансиверы должны быть дополнены переключателем настройки антенны для обеспечения формирования луча для направленной передачи. Усилители и фильтры - это другие компоненты RF, которые имеют решающее значение в различных устройствах, включая устройства IoT. Усилители мощности и усилители слабых сигналов в основном используются в устройствах IoT. Усилители слабых сигналов используются на приемной стороне беспроводного трансивера, в то время как усилители мощности находят свое применение на передающей стороне трансивера.

Начните с вашего трансивера

Ваш трансивер станет основой беспроводных коммуникационных возможностей вашего устройства IoT. То, что раньше разделялось на передатчики, приемники и другие вспомогательные компоненты, интегрированный трансивер IC обеспечивает коррекцию сигнала, модуляцию и функции передачи/приема в одном пакете. Вот некоторые отличные варианты беспроводных трансиверов, работающих в различных частотных диапазонах:

Semtech, SX1211I084TRT

Этот SX1211I084TRT приемопередатчик от Semtech является приемопередатчиком нижнего диапазона, который работает в диапазонах 863-870, 902-928 или 950-960 МГц с модуляцией FSK или OOK. Скорость передачи данных для этого приемопередатчика достигает только 25 кбит/с с FSK или 2 кбит/с с OOK, поэтому его использование ограничено приложениями, включающими передачу данных с низкой пропускной способностью. Отличным примером является периодическая передача данных от небольшого массива беспроводных датчиков. Однако высокоинтегрированная структура этого устройства помогает сократить общее количество компонентов, делая его идеальным для использования в носимых устройствах, которые общаются на более низких радиочастотах:

SX1211... высокоинтегрированная архитектура позволяет минимизировать количество внешних компонентов, сохраняя при этом гибкость дизайна. Все основные параметры радиосвязи программируемы, и большинство из них могут быть динамически установлены. Устройство соответствует европейским (ETSI EN 300-220 V2.1.1) и североамериканским (FCC part 15.247 и 15.249) нормативным стандартам.

Типичная схема приложения из технического описания SX1211

Infineon, BGT24MTR12

Для предстоящих приложений 5G BGT24MTR12 приемопередатчик от Infineon является отличным выбором для беспроводной связи в диапазоне частот 24 до 24,25 ГГц. Входные терминалы РЧ однополюсные, что требует особого внимания для обеспечения подавления ЭМИ на уровне печатной платы. Это устройство достаточно гибкое, чтобы интерфейсироваться с различными микроконтроллерами через SPI-связь, и устройство имеет разумное энергопотребление 690 мВт в режиме непрерывной работы с максимальной выходной мощностью 11 дБм. Наконец, это устройство включает в себя датчик температуры и детектор мощности как часть общей схемы регулирования мощности:

Мониторинг температуры чипа обеспечивается встроенным датчиком температуры, который выдает напряжение, пропорциональное температуре... Для индикации мощности РЧ используются детекторы пикового напряжения, подключенные к выходу усилителя мощности передатчика и к усилителю средней мощности LO.

Верхние и нижние изображения приемопередатчика BGT24MTR12 от Infineon

Maxim Integrated, MAX2829ETN+

MAX2829ETN+ RF приемопередатчик от Maxim Integrated обеспечивает однополосную или двухполосную беспроводную связь через мировые диапазоны 802.11a/g от 2,4 до 2,5 ГГц и от 4,9 до 5,875 ГГц в корпусе для поверхностного монтажа. Этот приемопередатчик идеален для устройств IoT, работающих через Wifi и Bluetooth. Встроенные фильтры обеспечивают кондиционирование сигнала с хорошим подавлением шумов на различных базовых частотах, а максимальная скорость передачи данных зависит от используемой схемы модуляции для передачи данных:

Каждая ИС полностью исключает необходимость во внешних SAW-фильтрах, реализуя на кристалле монолитные фильтры как для приемника, так и для передатчика. Фильтрация в базовой полосе и пути сигналов Rx/Tx оптимизированы для соответствия стандартам 802.11a/g IEEE и покрывают полный диапазон требуемых скоростей передачи данных (6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 и 54 Мбит/с для OFDM; 1, 2, 5.5 и 11 Мбит/с для CCK/DSSS)

Пример схемы приложения на 5 ГГц с радиопередатчиком MAX2829ETN+, найденный в техническом описании от Maxim Integrated

С тех пор, как устройства IoT вышли на передний план несколько лет назад, они продолжают развиваться. Новейшие протоколы и технологии помогли этим устройствам стать более доступными, энергоэффективными, экономичными и безопасными. Новые продукты с беспроводной связью расширяются за пределы потребительской электроники; ожидайте дальнейших приложений в производстве, а также в связанных автономных транспортных средствах и устройствах, поддерживающих 5G, в ближайшие годы.

Использование правильной комбинации встроенной обработки и точных датчиков может обеспечить точный сбор данных при поддержке графического дисплея на сенсорном экране. Устройства, которые мы здесь представили, составляют лишь часть доступных вариантов датчиков для использования в носимых устройствах и сетях датчиков. В области носимых датчиков многие ИС, которые могут взаимодействовать с сенсорным экраном и несколькими датчиками, упакованы на оценочных платах, давая вам некоторую свободу для прототипирования вашего следующего носимого продукта.

Если вы нашли эту статью полезной, рассмотрите возможность подписки на нашу рассылку, чтобы получать интересный контент прямо на ваш почтовый ящик каждый месяц!