如何使用射频模块快速实现无线连接

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噪声放大器和模拟混频器的设计。此外，他们还需要 确定主机微控制器所需固件，以便控制通道访问和网 状路由等高级功能。
许多局域网标准使用网状网络技术来扩展无线基 础设施的覆盖范围和容量，而不会增加能耗。在网状 网络环境中，不能直接发送到网关的数据包，而可以 在临近节点之间使用短跳方式定向传输到网关。然而， 对于一些尤其注重延迟或安全问题的应用场景，点对 点直接传输模式则更为适合。
为了确定产品在实际应用中的运行情况，开发团 队需要测试不同的网络选项，以便验证并找到最优无 线连接解决方案。如果他们选择定制电路和天线设计， 那么原型设计工作可能会耗费大量时间。若进行射频 设计，开发工作量可能还会更大，因为大多数无线标 准需要集成多种设计技能。这就要求开发团队掌握相 关知识，包括天线结构及其对信噪比的影响，以及低
一 些 制 造 商 致 力 于 简 化 软 件 开 发 流 程。 例 如， Pycom 专注于开发可以运行 MicroPython 解释器的模 块， 包 括 综 合 开 发 工 具 和 库， 进 而 加 快 包 括 局 域 网 和 LPWAN 协议在内的各种无线通信标准应用的原型 设计。
Laird 除 了 提 供 局 域 网、LPWAN 产 品 以 及 蜂 窝 网关和传感器用于创建测试网络。此外， Laird 等供应商还可以为大批量产品需求提供定制服 务，并为在板级和系统级集成其无线电路的客户提供 测试服务。
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无线连接已迅速从电子产品的高配选项转变为电 子行业全品类的必备功能。尽管有时可以使用有线连 接接入网络上的其他系统，但无线连接现在已被视为 传感器接入工业控制系统，以及网关连接互联网的主 要机制。
蓝牙低功耗模式和 LoRaWAN 等协议能够让部署 于任何地点，包括以往难以到达场所的电池供电设备 保持长期连接。例如，Sigfox 和 LoRaWAN 两种低功 耗广域网（LPWAN）标准可将传感器节点部署在距离 网关设备达 50 km 的位置，使得传感器设备能够用于 农业生产、野生动植物调查和管道监测等偏远地区应 用。也就是说，通过结合使用高效的微控制器，这些 低功耗无线协议能够让设备在几个月甚至更长时间内 无需充电或更换电池，即便这些应用涉及长距离通信。
如果设计人员的最佳实践经验有限，天线和前端 模拟设计可能会极难处理。即便是微小的路由和布局 变化都会对无线电性能产生巨大影响，这可能会导致 有效传输距离缩短及功耗的大量增加。
对于那些追求定制设计的设计人员来说，射频电 路还会带来测试和认证问题。尽管所有电子产品都会 要求电磁兼容性（EMC）测试，但射频接口却使得这 一过程变得更加复杂。大多数涉及射频传输的法规对 设备使用的频带内外的功率都有严格的限制。系统电 路之间若发生意外交互，可能导致设备无法通过这些 测试。另一复杂因素在于特定协议（如蓝牙）所需的 认证过程。若要认证兼容性，就需要验证设备的合规 性及与其他制造商产品的互操作性。
器内构建一个蓝牙 4.0 控制器，进而轻松连接评估板。 有些模块可以直接焊接到载板上，专为满足最小
批 量 生 产 或 连 接 器 成 本 最 小 化 需 求 而 设 计。 例 如， Murata 推出了采用芯片级封装的最小型 LPWAN 模块 以及面向蓝牙和 WiFi 网络的 LBEE59B1LV-278 模块。 Würth Elektronik 则为其产品组合增加了 Wirepas 支持 功能，并开发了多款可焊接到载板的模块，其中包括 具有蓝牙功能的 Proteus-III 和兼容 WiFi 的 Calypso 等 型号。Taiyo Yuden 也是一家专注于蓝牙和 WiFi 领域 的芯片级模块制造商。
1 射频设计挑战
如何选择合适的无线连接技术并解决各种复杂
性 问 题 是 原 始 设 备 制 造 商（OEM） 和 集 成 商 面 临 的 难 题 之 一。 开 发 团 队 需 要 在 更 大 板 卡 或 模 块 设 计 环 境下衡量各无线连接协议的独特特性。以 Sigfox 和 LoRaWAN 为例，一方面，LoRaWAN 采用扩频调制 技术来避免干扰，并能支持 300 bit/s 到 50 kbit/s 的数 据速率；Sigfox 则使用超窄带技术传输来实现较低的 数据速率。另一方面，LoRaWAN 旨在支持双向通信， 而 Sigfox 则进一步优化了传感器节点网关的传输，且 功耗非常低。因此，这两种无线连接协议适用于不同 应用架构。
市面上存在各种射频模块产品选择，既有专为尺 寸受限的物联网传感器节点设计的小型集成封装，也 有高带宽板级模块，这就为模块用户提供了多种集成 方案选择。一些模块使用简单的并行或串行接口，其 工作方式与串行通信通道相同，且符合常见的扩展板 格 式， 例 如： 意 法 半 导 体 的 STEVAL-IDB 008V2。 该 模 块 兼 容 Arduino 扩 展 板 外 形 尺 寸， 并 提 供 完 整 的 蓝 牙 无 线 电 接 口。 一 些 模 块， 如 STEVAL-IDB 0007V1M 等则具有集成加速度计和压力传感器等附加 功能。另有一些模块则部署了 USB 等协议，例如： Silicon Labs 的 BLED112-V1C 模块可在 USB-A 连接
2 即用型射频模块快速实现无线连接
定制射频设计所带来的更大复杂性显著推动了即 用型模块的使用。射频模块的主要优势在于，它们经 过全面测试和认证，且支持低功耗协议的模块通常配 有板载天线。这样一来，设计人员就能组装一个真正 独立的电路板或封装，有些甚至可以配置用于调度传 输的微控制器和固件，它们只需通过主机处理器的简 单命令即可触发。这就意味着解决方案与主机系统的 集成不会影响射频模块的性能或其认证状态。
电子产品世界
如何使用射频模块快速实现无线连接
Fast track to wireless connectivity with modules
Cliff Ortmeyer （Farnell及e络盟全球技术营销主管）
摘 要：当前，许多应用都依赖于无线通信，尤其是物联网（IoT）和工业物联网系统。然而，射频开发却 较为复杂，且认证成本高。本文探讨了射频电路设计面临的多项挑战，并介绍了ST Microelectronics、Silicon Labs、Murata、Wurth Electronics和Microchip等模块制造商极具代表性且经认证的整体解决方案，探讨了如 何利用这些即用型解决方案更便捷、更高效地开发各种系统集成WLAN、LPWAN及其他无线通信功能，从 而减少射频通信集成工程的工作量及风险。 关键词：射频；模块；连接
此 外， 一 些 模 块 还 提 供 更 多 附 加 功 能， 以 简 化 无 线 网 络 与 设 备 固 件 的 集 成。 例 如，Microchip 的 WFI32E01 集 成 了 经 认 证 的 WiFi 收 发 器 设 计 及 Trust&Go 预配置安全元件。这为 WFI32E01 模块提供 了安全密钥，能够让设备插入后立即使用秘钥凭证访 问云计算服务。Trust&Go 无需安装工程师进行产品配 置即可构建安全连接，最大限度地减少了物联网设备 可能遭受的攻击风险。
目前，面向远程及本地网络的无线连接技术协议 种类持续增多，如适用于楼宇和家庭监控及工业自动 化应用的蓝牙、Thread、Zigbee 和 Z-Wave 等协议， 以及适用于本地和远距离传输的 Wirepas。Wirepas 使 用 与 蓝 牙 和 WiFi 相 同 的 2.4 GHz 频 谱， 或 1.9 GHz DECT-2020 NR 标准实现远程传输。
总之，通过使用射频模块产品，设计团队可以对 支持物联网和其他分布式计算应用的关键无线协议进 行深入评估。一旦设计工程师找到了适合其开发工作 的数据处理和通信组合方案，就能实现较低成本的批 量生产。借助 e 络盟等经验丰富的技术服务分销商， 众多 OEM 厂商将能快速找到最合适的组件和产品， 进而轻松集成到最终系统中，实现无线连接。