PCB设计物联网无线局域网板

2020-10-15

物联网与常规物的区别是物联网设备与您以及其他物进行通信。5G的主要目的之一是使我们的事物能够更好地进行通信。规则有例外，但是通常，这要求无线技术支持低功耗而不是高数据速率或长链接。让我们来看看在这个领域中发挥作用的无线局域网。

Wi-Fi是通用的WLAN解决方案

Wi-Fi是一个不错的起点。有许多满足要求的口味。IEEE 802.11框架下的传统协议包括abgn协议。由于技术的成熟，这些都是性能上的讨价还价。此类无线电的警告之一是b和g使用拥挤的2.4 GHz频谱，而a使用5 GHz。使用n规范的成本更高，因为它使用多个无线电覆盖2.4 GHz和5 GHz。数据速率以相反的字母顺序增加。大多数路由器都支持802.11规范的所有这些修订。

IEEE对Wi-Fi规范进行了更多修订，并定期进行了合并。他们认为802.11.ac令人困惑。路由器制造商一直在组合上述字母，因此向后兼容的版本可能称为802.11.abgnac。因此，交流修正的市场术语称为Wi-Fi5。加1到4更像是先前迭代的追溯步骤。

字母组合继续引入802.11ad修订版，该修订版引入了60 GHz频谱。数据速率飙升至先前的迭代之上，因此成为WiGig。60 GHz的物理条件是一个挑战。短波长最终具有非常短的范围。它基本上可以代替HDMI电缆。

随着物联网应用程序超出墙上安装的电视，这些修订不断推出。交互式游戏耳机有望实现。剪断电源线时，AR / VR可以让您身临其境。这以及整个IoT爆炸式增长导致了一系列的修正案。规范机构用尽了以“ a ”开头的两个字母的名称，因此我们为Wi-Fi 6配备了斧头。

同时，802.11 ay扩展了广告功能。 跟踪所有改进并非易事。将使用以b开头的两个字母的方式还有更多。目的是允许他们想到的一切都可以通过Wi-Fi管道进行连接。您在字母汤上的入口将确定电路无线电部分的成本。最受欢迎的类型以模块形式提供，可快速实施。

蓝牙是音频/视频应用的选择

蓝牙的主要应用是流音频。它功耗低，范围小，非常适合工作。最初，为蓝牙开发了一个标准，但后来演变成一个具有数千名成员的特殊兴趣小组。这是一项按需付费的交易，相关专利被许可给任何想要使用该技术和商标的生产商。

就像Wi-Fi的原始A波段一样，蓝牙占据了拥挤的2.4 GHz频谱的一部分。无线电范围以米为单位进行测量，因为它取代了麦克风与无线麦克风的放大器之间或发射器与有源扬声器之间的电线。发送给扬声器的内容的实际来源可能来自其他无线协议或通过电缆。

蓝牙具有比典型的WIFI配置更小的带宽和范围，因此它是用于个人区域网络而非无线区域网络的协议。换句话说，蓝牙是一对一通信，而Wi-Fi更适合一对多配置。代替耳机插孔而不是USB端口。

蓝牙4.0

这些年来规格不断发展。大约十年前，当低功耗蓝牙低功耗（BLE）版本问世时，我开玩笑地称它为“ Greentooth”。这是蓝牙开始适用于手机的时候。用途包括访问控制，紧密间隔的计算设备的微微网络以及无线游戏控制器。

从那时起，提供了更高的增量速度，增强了安全性，并且其他许多效率改进都集中在IoT市场上。我们添加了“智能”的概念，并从第4代移到了第5代，蓝牙5.2成为了当前的最先进技术。这些增强功能继续有助于加密，位置检测，速率和范围以及其他服务质量功能。

Zigbee是一种低功耗网状网络协议

Zigbee很像蓝牙，但有一些区别。一方面，Zigbee仍以其802.15.4规范在IEEE的主持下。频率因位置而异，因此您必须了解您的市场并进行相应的设计。双频实现将包括通常的2.4 GHz频谱和特定于本地的Sub-GHz信道。主要的推动力是创建网状网络的能力，该网络可以将覆盖范围扩展到单对无线电之外。这是智能家居要研究的东西。

大多数Zigbee设备都是电池供电的。该规范是为移动性而编写的。低功耗是这些设备的标志。为了符合条件，产品必须能够在同一电池上工作两年。

生态系统包括三个功能级别。从顶部开始，Zigbee协调器就是每个网络的大脑，网络中只有一个单元可以满足此目的。网络的安全性和数据存储位于协调器中。

网络的中尉是Zigbee路由器。它们充当中继站。可以将此功能分配给使用墙壁电源的多个不同项目。这些类型的设备通常附带有路由器。安全摄像机和恒温器等始终在线的设备将担当此角色。

最后，底部的梯级被Zigbee终端设备占据。这正是低功率要求发挥作用的地方。终端设备通常会花费大量的睡眠时间，因为它们不用于将数据从一件事传递到另一件事。当您要在房间中使用自然采光时，智能扬声器会告诉百叶窗升起。盲人永远不会告诉灵魂。

NFC是一触即发的赢家

销售点和入口通道均具有近场通信（NFC）功能。没有自身功能的智能卡放弃了导致交易的嵌入式数据。它通过清除读卡器的电源来工作。NFC是RFID的近亲，主要功能是将手机变成钱包。非接触式支付显然是当今世界中一项快速发展的技术。

加密显然很重要，但是由于范围大约为3厘米，因此它是一个很小的网络，很难破解。除了智能手机和门，NFC还可内置于笔记本电脑，相机，手表和其他移动电子产品中。

一种流行的应用是将信息嵌入海报中，以便路人可以在提供其他信息的位置触摸他们的设备。像QR码一样，信息不多，而且只有一种方式。通常，我们所谈论的是网站链接。尽管如此，具有匹配网络的NFC芯片和天线仍是一项工作。

物联网设备的PCB设计准则

所有这些技术至少有两个共同点。可以肯定的是，将有受控的阻抗传输线。另一个共同点是，布局中的主要戏剧与电力输送有关。

您可以创建一个单端50欧姆走线将是理所当然的。它将足够宽以达到阻抗目标。接地线周围将被浇灌，以使传输线与其他走线隔离。表面上倾倒的孤岛将缝合到走线下方的连续参考地面上。将对位置进行计算，以使它们是最短的连接。

现在，困难的部分。提供足够的电源似乎很容易。在电源和收音机之间放一个大形状，称其为好。不。那个大形状就是一个大散热器。您实际上希望有足够的跟踪来提供设备，仅此而已。经过仔细校准的走线会绕过电路板，并将该电压的旁路电容连接在一起。然后，将一点点痕迹将电容连接到VCC引脚。

某些设备将要求对电源网络进行星形布线。在这种情况下，单个电容器负责旁路两个或更多电源引脚。较粗的走线连接到电容，多走线连接到指定的电压引脚。这不是随机的，而是关于哪个电源引脚连接到哪个电容器非常具体。接地孔的位置也起着重要作用。

RF工程师和Power Integrity工程师很可能都将模拟各自的电路。天线总是棘手且反复的。在移动设备中，电源受到或多或少的审查。成本是设计这些射频板和模块的关键驱动因素。使用普通材料，层数通常从两层到八层不等。除非芯片组需要HDI叠层，否则施工将使用镀通孔。

市场上有很多交钥匙解决方案，因此许可他人的技术或为无线链路使用现有模块可能是最有效的。如果您要进行自己的设计，则每种类型的收音机都需要付费才能播放。您还需要处理FCC要求和其他法规。设计模拟电路需要功能强大的CAD解决方案来管理这些要求。