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如何讓工業物聯網的連接可靠性事半功倍?

供稿:亞德諾半導體技術(上海)有限公司 2019/9/27 10:46:38
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許多人都有過這樣的經歷,坐在爆滿的體育場館看比賽或是演唱會,整個晚上都在試圖將秒拍和照片發送至朋友圈以便與朋友們分享現場盛況,然而回應我們的總是一個不停旋轉的圓圈,這種擁擠或糟糕的網絡情況沒有人會喜歡。換個角度想想,糟糕的網絡倒可以讓人們安心享受精彩的演出時刻,然而對于工業或是醫療等行業來說,關鍵物聯網系統中的網絡不可靠卻會導致災難性后果。

據技術行業研究公司Gartner表示,物聯網中每天增加的"新事物"多達550萬件,到2020年,預計總數將達208億。針對這種爆炸式增長,在這些設備之間建立可靠的無線連接是物聯網的最大挑戰之一。如果通信技術不能實現可靠的連接,再好的數據采集和云分析也是擺設,甚至丟失一次連接即可能造成重大損失。作為一直致力于設計魯棒的解決方案來應對這些通信挑戰的業內主要射頻技術提供商,ADI對于工業物聯網的超穩健系統要求并不算新的挑戰,該公司超低功耗、sub-GHz ISM頻段無線電器件ADF7030-1在工業物聯網應用中實現穩定通信鏈路上發揮的積極作用便是例子。

詳解ADF7030-1射頻收發器

面向消費電子設備的現有無線連接技術并不總是能滿足工業和醫療保健系統的性能要求。這些系統中在安全性、準確性和時間靈敏度等方面的不同側重點提高了增加可靠性的需求。蜂窩系統接近這一要求,但通常在電池、成本和數據吞吐量要求方面不太合適。當今雖然也存在極度可靠的系統,然而這些系統在設計時通常都不會以成本作為第一考量。而在工業物聯網中,我們面臨的挑戰是以低很多的系統成本實現相同的高級別可靠性。

ADF7030-1收發器采用ADI的高級無線電技術設計而成,是物聯網(IoT)設備、智能計量、安全和樓宇自動化、工業控制、無線傳感器網絡用戶的理想之選。ADF7030-1 sub-GHz集成式無線電收發器支持窄帶和寬帶通信,在sub-GHz ISM頻段內工作,數據速率在0.1 kbps至300 kbps之間,使用2GFSK調制。兼具穩定的長范圍和超低功耗性能,有干擾存在的情況下都能實現穩定的范圍,具有極高的噪聲系數以及阻塞性能,可以阻塞100dB以上。同時ADF7030-1擁有低功耗休眠模式,使用該模式可保留全部無線電配置且功耗僅為5nA。

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使用ADF7030-1演示超低功耗6LoWPan無線傳感器

ADF7030-1無線電收發器非常注重靈活性和易用性,采用片上ARM? Cortex?-M0無線電處理器,用于執行無線電控制和校準,其時序控制可以減少工程設計開發時間。高度可編程的數據包處理程序可以簡化主機微處理器上的編程接口和代碼開發,從而節省寶貴的時間。ADI公司對該產品設置進行了全面測試,這使工程師能夠充滿信心地部署網絡設置,而無需花費額外時間來優化設置以最大程度提升性能。

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ADF7030-1 EZ KIT評估套件基板 

ADF7030-1助力解決無線連接三大關鍵挑戰

(1)射頻障礙導致數據包丟失

工廠的鋼結構和厚壁會造成很大的障礙,可能導致射頻信號的功率降低到目標設備無法接收的程度。目標設備中所用無線電器件的接收器靈敏度將決定可以接受的信號衰減程度。靈敏度上低至2 dB的變化都可能決定信號接收的成敗。通信系統設計人員在選擇無線電器件時必須密切關注接收器靈敏度。

就接收器靈敏度性能而言,ADF7030-1是業界具有非常高水平的無線電器件。在很多情況下,ADF7030-1能夠接收低于其他無線電器件可接收功率3 dB的無線電信號。這意味著,即使信號的強度低于其競爭產品可接收功率的一半,該器件仍可接收到該信號。

(2)頻段擁擠導致數據包丟失

通常來說,互聯設備會在所在地區的相關ISM頻段內工作。ISM頻段為免執照頻段,可用于各種需要無線連接的應用。2.4 GHz為全球標準化頻率,廣泛用于Wi-Fi和藍牙?設備。1 GHz以下的頻段中也包含ISM頻譜。這些頻段通常用于物聯網應用。在歐洲和美國,該頻段分別以868 MHz和915 MHz為中心。當位置接近的多臺設備共用相同的ISM頻段時,便會出現挑戰。發送設備可能干擾附近的接收設備,例如在公立醫院中,多種機器會共用相同的ISM頻段。無線電器件在此類干擾環境中的工作能力由阻塞規格來衡量。而且,這種挑戰并非僅來自于在ISM頻段內工作的設備。如果阻塞能力不足,則在附近工作的手機或平板電腦也可能導致系統中出現通信丟失。因此在附近具有多個工作的干擾源時,此類無線電器件需要仍能繼續接收消息。

憑借超過100 dB的行業領先阻塞數據,ADF7030-1可達到非常高級別的抗干擾水平,且無需增添昂貴的外部元件。這增加了價值并可確保在極其嘈雜的射頻環境中保持正常通信。

(3)環境影響導致性能下降

受所采用的工藝限制,無線電收發器的性能會根據所在的工作環境而發生變化。其中一些影響因素包括溫度變化、電池放電導致的電壓降低和設備間的芯片制造差異。這些生活中的真實事件可能導致設備的工作穩定性發生變化。讓我們來看一下在路燈上采用的事件檢測應急響應系統。寒冷冬季的氣溫可能導致設備的輸出功率發生變化或接收器靈敏度下降。這可能在某些條件下導致通信中斷。消費類設備很少在此類極端條件下使用,因此不必太過擔憂這一問題,但對于應急響應系統而言,這是無法接受的。最好的情況下,代價是最終產品聲譽受損,以及收到更換故障設備的維修請求。系統設計人員必須確保選擇用于檢測和通信系統的元件在不斷變化的環境條件下保持穩定。

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經過與領先工業制造商的世代合作,ADI公司已經掌握了成熟的方法,可以應對真實生活環境對無線電收發器產生的影響。例如,在整個工作溫度范圍內,采用ADF7030-1的設備的輸出功率變化不超過0.2 dB。這一成果的實現得益于ADI公司獨一無二的無線電設計方法。在同類競爭的無線電產品中,相應的變化高達2 dB。

審核編輯(陳佳利)
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