Langattoman viestinnän RF-piirien suunnittelu edellyttää erityisten standardien noudattamista yhteensopivuuden ja suorituskyvyn varmistamiseksi. IEEE 802.15.4 -standardissa annetaan matalan nopeuden langattomia henkilöverkkoja koskevat ohjeet, joissa keskitytään luotettavaan tiedonsiirtoon ja energiatehokkuuteen. Tässä artikkelissa käsitellään käytännön laskelmia, jotka liittyvät IEEE 802.15.4 -standardin mukaisten RF-piirien suunnitteluun.

IEEE 802.15.4 Standardien ymmärtäminen

IEEE 802.15.4 -standardissa määritellään fysikaaliset kerros- ja mediakäytön ohjausprotokollat matalatehoisille, mataladataisille langattomille verkoille. Se toimii pääasiassa 2,4 GHz ISM-kaistalla, ja tyypillinen datanopeus on 250 kbps. Standardissa korostetaan matalaa virrankulutusta, mikä tekee siitä sopivan akkukäyttöisille laitteille.

RF-piirin suunnittelun avainparametrit

RF-piirien suunnittelussa on kyse muun muassa antennien impedanssin, lähetystehon ja vastaanottimen herkkyyden laskemisesta. Impedanssin yhteensovittamisen varmistaminen minimoi signaaliheijastuksen ja maksimoi tehonsiirron. Antennien ja RF-komponenttien tyypillinen impedanssi on 50 ohmia.

Käytännön laskelmat

RF-lähettimen suunnittelua varten määritetään tarvittava lähetysteho halutun viestintäalueen saavuttamiseksi. Esimerkiksi jos vastaanotinherkkyys on -85 dBm ja reitin menetys on arviolta 80 dB, lähetystehon on oltava vähintään -5 dBm. Laskelmiin kuuluu muuntaminen dBm:n ja milliwattien välillä:

]Transmit Power (mW) = 10 [Power in dBm / 10][]

-5 dBm:n osalta:

10[(-5 / 10] .

Antennin impedanssin ja täsmäytysverkon säätäminen takaa maksimaalisen tehonsiirron. Verkoille sovittamiseen käytetään usein Smith-karttoja tai ohjelmistotyökaluja komponenttien arvojen optimointiin.

  • Määritä tarvittava lähetysteho linkin budjetin perusteella.
  • Lasketaan antennin impedanssin vastaavat komponentit.
  • Varmista, että vastaanotinherkkyys vastaa sovellustarpeita.
  • Optimoi virrankulutus akun käyttöikää varten.