通过预认证的联接消除IoT应用的技术障碍

安森美半导体 2019-03-26

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物联网(IoT)能够提高生产力、控制力和效率,在几乎无限的市场和终端应用中提供动力和潜力。在还没有广泛使用尖端技术的市场上,特别是在需要联接技术时,IoT受到了很大的关注。

 

在工业和消费应用中,感知、处理、驱动和联接这些关键模块对于IoT的设计至关重要。如果为每个模块提供模块化的、即插即用的方案,可以显着地加快和简化新的设计,用于如智能家居/智能建筑,健康和资产跟踪等应用,不一而足。模块化的方案包括定制的开发工具,并在必要时预先通过任何相关的国际监管标准和协议要求的认证,尤为重要。

 

联接是最具挑战性的领域之一,视乎每一应用的特定性质,许多协议或多或少都是相关的。Sigfox™具备内置基础设施和远程联接,已成为最有用的协议之一。然而,对于许多潜在的IoT方案设计人员,Sigfox是个新的技术领域,因此,易于采用是IoT普及的关键。



IoT应用挑战


有超过310亿的设备(“物体”)联接到IoT-每天还有成千上万的设备被联接。这些设备共同为世界各地的消费者和商业用户带来了巨大的积极变化。在家里,自动照明控制节省能源和提供安全,而远程门铃支持用户从地球上的任何地方“回家”,只要他们可以访问互联网。在企业中,工厂或其他设施的每一个细节都可以被监控;提供的数据将前所未有地提高运营效率。经营偏远地区设备的企业可以从舒适的办公室监控工作,从而减少定期视察的费用。随着数据分析、实时监控、预测维护和其他高价值主张的加强,正在实现IoT的总体效益。

 

然而,使这些IoT设备如此有用和便携的许多特性,如它们的小尺寸、互联和远程使用能力,也给设计人员带来了巨大的挑战。

 

虽然这些设备物理尺寸小,能部署在受限的空间,但是IoT节点需要包含大量的功能。通常,这将包括用于管理系统和处理数据的微控制器(MCU)、各种类型的传感器(取决于要测量或监测什么)以及加密技术,以确保安全存储和传输任何敏感数据。

 

电源也是必需的,虽然许多IoT设备都部署在家庭、办公室或工厂,有电源可供使用,但为方便,这许多设备都由电池供电。显然,在没有电源的偏远地区使用的所有IoT设备都是电池供电的。

 

电池的尺寸限制以及可用的有限电量,意味着设计人员在选择和实施小的、超低功耗器件、开发精密的电源管理算法以确保没有浪费一点宝贵的电量方面有许多重大的挑战要克服。


联接IoT设备的挑战


IoT设备的另一个挑战是提供通信接口,这对于联接节点到IoT至关重要。这是个相对专业的领域,设计人员面临的一个关键挑战是从现有的巨大范围中选择最合适的协议。其中一些协议是专有的,适用于非常特定的应用,而另一些协议,如蓝牙和Wi-Fi,则被广泛实施,但仅适用于短距离应用。

 

直到最近,蜂窝技术还是其他短距离无线技术(如蓝牙)所无法达到的联接节点的唯一可用方法之一。然而,蜂窝专用于语音和高数据速率通信,这使得它相对耗电,不适合IoT所需和依赖的简单的机器对机器(M2M)通信。

 

Sigfox是已确立的一种蜂窝式系统,它为远程联接的设备特别是IoT节点提供低功耗、远距离、低数据速率和低成本的通信。针对简单的M2M通信,Sigfox网络支持在远大于简单的低功率发射器能够独立达到的距离实现简单的联接。该网络采用超窄带(UNB)技术,支持低发射功率同时保持强固的联接。

 

SigFox几乎适用于任何IoT应用,它几乎没有什么限制,使应用不需要每天发送超过140个12字节的消息,并且可以接受每秒100位的无线吞吐量,因此Sigfox提供一个可靠、低功耗、低成本的联接方案。

 

然而,与蓝牙等无处不在的通信协议不同,与Sigfox相关的技术专知被认为是相对“小众”的。这对设计工程师设计和实施一个成功的、基于Sigfox的通信接口构成了一条陡峭的学习曲线,对寻求解决远程IoT市场的公司造成了进入的技术障碍。

 

模块化Sigfox方案消除技术设计障碍


安森美半导体积极投入该领域,最近推出了可编程的Sigfox RF收发器系统级封装(SiP),集成先进的RF系统单芯片 (SoC)与所有必需的外部器件(包括一个TCXO),从而使简化和缩短设计认证流程成为可能。

 

AX-SIP-SFEU SiP提供开箱即用的、设备到云的Sigfox联接,包括使用Sigfox LPWAN通信的远程IoT应用的上行和下行链路。该SiP把一个Sigfox无线电IC、分立的RF匹配器件、所需的所有无源器件及固件集成在单个封装中。由于该方案已预先通过CE认证,并经Sigfox认证,采用安森美半导体广博的技术专知,设计人员有把握实现一个高质量、全集成和完整的方案。

 

该微型的7 mm x9 mm x1 mm、统一涂层保护膜封装,确保AX-SIP-SFEU可部署在空间受限的远程IoT应用中。该器件其实是世界上最紧凑的、Sigfox认证的方案,确保设计人员能够克服设计远程IoT节点所面临的物理空间挑战。微型尺寸特别适用于可穿戴设备、资产跟踪标签或任何需要小的Sigfox方案的应用。

 

使用AX-SIP-SFEU还显著减少电源相关的问题,因为超低功耗设计结合了待机、睡眠和深度睡眠模式,以便在不需要传输时省电。这些模式分别只需0.55毫安(mA)、1.2微安(mA)和180纳安(nA)的电流,使得该器件可由钮扣电池(CR2032)供电。或者,可以使用能量采集技术,无需任何电池、管理或更换。

 

任何无线电设计中(尤其是第一次设计时)最令人生畏的一方面,是获得批准。AX-SIP-SFEU SIP经Sigfox认证用于RC1区域网络,表示它通过认证,符合标准的RF和协议规范,从而确保了互通性。此外,该器件已获CE认证,证明其符合欧洲经济区内销售产品的卫生、安全和环保标准。

 

总结


虽然IoT提供了巨大的好处和机遇,但节点小而复杂的性质给设计工程师带来巨大挑战。他们不仅必须满足物理尺寸限制和处理低功耗要求,还必须确保设计中所含的RF通信符合国际标准-这增加了设计流程的时间、成本和风险。尤为重要的是,对于要远距离无线联接的远程设备,需要比蜂窝网络更具性价比的方案。

 

通过使用预先认证的、超微型、超低功耗模块如安森美半导体的AX-SIP-SFEU,设计人员现在能够设计IoT节点,有把握能轻易和几乎零风险地实施预认证的RF通信系统,从而消除IoT设计的一个重大技术障碍。


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安森美半导体 安森美半导体(纳斯达克代码:ON)致力于推动高能效创新,以基于半导体的电源管理、模拟、传感、逻辑、时序、互通互联、分立、系统级芯片及定制方案,解决在汽车、通信、计算机、消费电子、工业、医疗、航空及国防应用的挑战。
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