你不知道的工業(yè)4.0的強大無線通信

工業(yè)4.0或智能工業(yè)被譽為一種新的工業(yè)革命，現(xiàn)有系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)在一起，創(chuàng)建網(wǎng)絡物理系統(tǒng)。第一次工業(yè)革命是不同技術的融合，使工程師能夠推動從手工制品轉向由蒸汽驅動的大規(guī)模制造。今天，它是不同技術的融合，包括傳感，通信和大數(shù)據(jù)處理，被視為工業(yè)4.0的構建模塊。通過添加與嵌入式系統(tǒng)的連接，從工廠車間到客戶使用的產(chǎn)品，以及實時提取數(shù)據(jù)，理論上可以實現(xiàn)高達30％的效率提升。這些數(shù)據(jù)不僅可以優(yōu)化制造流程，還可以促進更好的業(yè)務決策，為新型企業(yè)開辟道路。

工業(yè)4.0基礎是可靠的通信基礎設施。該基礎架構使決策者能夠從機器，工廠和現(xiàn)場設備中提取數(shù)據(jù)。正如工業(yè)4.0工作組的最終報告中所指出的那樣，網(wǎng)絡化導致“物理世界和虛擬世界（網(wǎng)絡空間）以網(wǎng)絡物理系統(tǒng)的形式融合”，并且“可靠，全面，高質(zhì)量的通信網(wǎng)絡是工業(yè)4.0的關鍵要求?！?/p>

Sub-GHz無線連接已經(jīng)實現(xiàn)了自動化公用計量和遙感，例如結構監(jiān)測。通常由電池供電的無線設備使用傳感器來測量和量化物理世界，并將該數(shù)據(jù)發(fā)送到收集器節(jié)點或網(wǎng)關，在那里可以將其發(fā)送到云以進行聚合和處理。無線解決方案正在進軍工廠自動化領域，預計無線設備的出貨量將增加，以滿足土建工程，農(nóng)業(yè)和環(huán)境以及能源生產(chǎn)和分配的需求。

設計時無線系統(tǒng)，工程師考慮很多因素。由于每個工程師都會從Friis的傳輸方程中回想起來增加范圍，因此可以改變許多參數(shù)，例如增加發(fā)射功率或接收靈敏度或兩者。然而，法規(guī)限制了最大發(fā)射功率，并且諸如高功率天線和外部LNA的組件可能顯著增加系統(tǒng)的成本。因此，在選擇無線接收器時，工程師首先要考慮的是接收靈敏度。然而，僅靠靈敏度并不能說明問題。

對于工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的連通性，可靠的無線電連接至關重要。在日益惡劣的RF環(huán)境中，特別是在工業(yè)領域，保持可靠的通信可能是一項挑戰(zhàn)。自1985年推出以來，未經(jīng)許可的工業(yè)，科學和醫(yī)療（ISM）無線電頻段繼續(xù)看到越來越多的用戶部署了數(shù)億個有源設備。這些無線電必須應對的幾種潛在干擾源，無意識的射頻輻射器可以在同一頻段內(nèi)運行的其他有源射頻設備，通常使用專有協(xié)議。干擾會嚴重降低通信范圍。更大，更密集的網(wǎng)絡也意味著更多的節(jié)點在近距離傳輸，因此更需要更好的接收性能。對干擾物的適應性是非常理想的。它可以減少所需的轉發(fā)器節(jié)點數(shù)量，并為每個網(wǎng)關啟用更多端點。這導致更強大的網(wǎng)絡覆蓋范圍和更少的黑點。通過可靠的無線連接，丟失的數(shù)據(jù)包更少，從而減少了數(shù)據(jù)包重傳次數(shù)，從而提高了整體效率。

要了解接收器的性能，我們必須轉向數(shù)據(jù)表并檢查選擇性和阻塞數(shù)據(jù)。對于無線電接收器，RF選擇性是其將所需信號與在其他信道中傳輸?shù)牟恍枰男盘栐磪^(qū)分開的能力。相鄰信道抑制（ACR）描述了當信道中的干擾信號在間隔比其低一個或多于一個信道的信道中有效時，接收機在一個信道中接收有用信號的能力。備用信道是從相鄰信道中移除的一個信道。拒絕越大，在存在干擾的情況下接收器性能越好。阻塞是指遠離接收器頻帶的干擾源。即使在幾MHz以上，高功率干擾也會降低通信質(zhì)量并導致數(shù)據(jù)包丟失。

實現(xiàn)良好阻塞和選擇性數(shù)據(jù)的一個因素是降低RF系統(tǒng)中的相位噪聲。相位噪聲是由信號中的短期相位波動引入的噪聲，可以看作是在頻域中從有用信號擴散出來的邊帶。相位噪聲通常相對于載波進行測量，單位為dBc / Hz，即距離載波指定偏移處的1 Hz帶寬內(nèi)的噪聲功率。這種噪聲通過影響相互混合（如圖1所示）和提高本底噪聲而降低接收器性能。在接收機中，當有用信號被下變頻到用于信號處理的中頻時，干擾信號的尾部可以混合，不能隨后過濾掉。

< p>接收器的前端線性會影響附近高功率干擾的彈性。對于低于1GHz的無線電網(wǎng)絡，這種干擾源可以是LTE。為了衡量接收機的線性度，我們轉向輸入三階截距（IIP3）。這是通過將兩個音調(diào)插入接收鏈并測量出現(xiàn)在輸入音調(diào)頻率間隔3倍的三階互調(diào)產(chǎn)物來測量的。

ADI公司的ADF7030-1試圖解決這個問題?？煽窟B接的挑戰(zhàn)。 ADF7030-1是一款低于GHz的全集成無線電收發(fā)器。它適用于在ISM，SRD和169.4 MHz至169.6 MHz，426 MHz至470 MHz和863 MHz至960 MHz的許可頻段內(nèi)運行的應用。它支持基于標準的協(xié)議，如IEEE802.15.4g，同時還提供支持各種專有協(xié)議的靈活性。高度可配置的低中頻（IF）接收器支持2.6 kHz至738 kHz的大范圍接收器通道帶寬。這一接收器通道帶寬范圍允許ADF7030-1支持超窄帶，窄帶和寬帶通道間隔。它旨在提供一流的阻塞并提供出色的靈敏度。

ADF7030-1采用高性能，低功耗模擬前端（AFE），采用高動態(tài)范圍ADC，帶QEC的模擬復數(shù)抗混疊濾波和數(shù)字通道濾波，可去除接收鏈中不需要的信號。利用這些技術，ADF7030-1能夠在±20 MHz偏移下實現(xiàn)高達102 dB的阻塞，并在相鄰信道抑制時實現(xiàn)高達66 dB的阻抗。

在所有支持的信號帶寬和以下保持高性能接收性能ADF7030-1采用可重新配置的VLIF接收器架構，具有雙頻段LO路徑。這使得ADF7030-1能夠支持廣泛的應用。

ADF7030-1具有同類最佳的抑制性能，其IIP3值為最大接收器增益為-8.5 dBm。這使最終用戶相信他們將滿足法規(guī)要求，并且無需昂貴的外部組件，如SAW濾波器。一個這樣的標準的示例是具有25kHz信道間隔的ETSI類1。這需要60 dB相鄰信道抑制和84 dB選擇性。 ADF7030-1大大超出了這些要求。

工業(yè)4.0要求工程師開發(fā)創(chuàng)新且引人注目的解決方案，以支持下一代連接和智能設備。 ADI公司在管理通信系統(tǒng)的真實環(huán)境影響方面處于行業(yè)領先地位，并且已經(jīng)設計了可靠的解決方案，可連接物理和數(shù)字世界50多年。確保穩(wěn)健可靠的通信是推動互聯(lián)世界為工業(yè)4.0所設想的物聯(lián)網(wǎng)和服務提供服務的關鍵。