התפקיד הרחב של מגברי RF ב-IoT ו- M2M Connectivity

האינטרנט של דברים (IoT) ו- Machine-to-Machine (M2M) מערכות אקולוגיות תקשורת מרחיבות בקצב חסר תקדים.מחיישנים חקלאיים חכמים ומעקבי בריאות עונדים לרשתות אוטומציה תעשייתית ותשתיות עיר חכמות, מיליארדי מכשירים עכשיו מסתמכים על קישוריות אלחוטית.בלב של כל משדר אלחוטי הוא תדר רדיו (RF) ומרכיב חייב לספק אותות אמינים תוך הפעלת מכשולים חמורים, כמו גם עלות מורכבות, כמו גם על פני מערכות רדיו (R) ומניעים, כמו גם על פני מערכות הפעלה, כמו גם עלות, כמו גם על פני תדרים מתקדמים יותר ויותר, כמו גם על פני מערכות רדיו (RF).

אתגרים מרכזיים ב- RF Amplifier Design for IoT ו- M2M

עיצוב מגבר RF עבור יישומי IoT ו- M2M הוא בעיה אופטימיזציה רב-ממדית. בניגוד לרשתות רחבות-שטח מסורתיות שבהן תחנות בסיס יש כוח בשפע קירור, נקודות קצה IoT בדרך כלל מוגבלות על ידי חיי סוללה, טביעת רגל פיזית, ועלות אחידה.מגבלות אלה מכריחות מהנדסים כדי לאזן פרמטרים ביצועים כי הם לעתים קרובות בהתנגדות ישירה.

כוח יעילות

תוחלת פליטה היא ככל הנראה הדרישה המחמירה ביותר למכשירים IoT המופעלים על ידי סוללות.מגבר כוח RF יכול לקחת בחשבון את מחזורי 30-50% מסך צריכת החשמל במערכת כולה במהלך שידור.מכיוון שמכשירי IoT רבים מבלים את רוב הזמן שלהם במצב שינה, הרשות הפלסטינית חייבת להציע יעילות מעולה במהלך פיזור קצר של יעילות גבוהה של ניהול חשמל לינארי (Class A, AB) מספקים בעיות לינאריות אך מיעילות גרועה בעוצמתית נמוכה, אשר נדרשת מעקב של שיטות הפעלה של כוח תגובה כגון:

Bandwidth ו- Frequency Range

יישומים של IoT ו- M2M מחולקים על פני ספקטרום רחב: להקות ISM תת-GHz (למשל, 868 MHz, 915 MHz), 2.4 GHz (Zigbee, BLE), 5 GHz (Wi-Fi 6E), ואפילו מ"מ ללהקות נוחות גבוהות יותר של חיישנים בעלי רמות גבוהות של BR) אך לעתים קרובות יש לכסות תדירות כפולה, או לפחות להיות מסוגלות גבוהה של גירוי גבוה.

המונחים: Signal Integrity

מודרני IoT גלפורות - כגון DM ב-Wi-Fi ו LTE-M, או FSK עם פילטרים של ה-IoT (כגון: דרישות לינאריות ב-IoT ו-HDQ-M, או FSK עם קידוד של IoT, אשר חייבות להגביר את גודל השגיאה (EV) ולעלות את כוח הערוץ הסמוי (ACP) באופן בלתי מורשה, הגבלות רגולטוריות על גבי , הגבלות CM מתקדמות, אשר יכולות להוסיף משוב מיידיות להורדת יעילותן של המערכת החיסונית באופן קבוע (אך) ולהפחית את יעילותן של סודיות גבוהה יותר לשיטות הפעלה אוטומטית (אך).

גודל ואינטגרציה

גורם הצורה הקומפקטי של חיישני IoT טיפוסי משאיר מקום קטן עבור רכיבי דיסקרטיים המשמשים באופן מסורתי ב- RF amplification. amplifiers חייב להיות משולב במערכת-on-chip (SoC) או פתרונות מערכת-in-in-package (SiP) יחד עם בסיס דיגיטלי, זיכרון, חיישנים וניהול כוח.

ניהול ארס

במכלים זעירים ללא קירור פעיל, חום שנוצר על ידי הרשות הפלסטינית יכול להעלות במהירות את הטמפרטורה של הצומת, דה-ביצועים ואמינות של מכשירי IoT עשויים להיות פרוסים בסביבות קיצוניות (למשל, חיישנים תעשייתיים בחוץ תחת אור השמש ישיר או בתנאי תת-אפס), הדורשים את הרש"פ לפעול על פני טווח טמפרטורה רחב יותר.הבריחה תרמית היא דאגה כי transteristor חם יותר אובדן ולהפחית אלקטרון, אשר יכול לייצר כוח חום גבוה יותר, אם כי הוא מסוגלות חום או שימוש גבוה יותר, אם כי הוא צורך יעיל יותר, כגון אלגוריתמים גבוה יותר, או אלגוריתמים גבוה יותר, כלומר, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 כוח חום, אם כי הוא צורך יעיל יותר, 000 כוח לחץ דם גבוה יותר, 000 כוח חום, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 כוח יעיל יותר, 000, 000, אם כי הוא צורך יעיל יותר, 000, 000, 000 כוח יעיל יותר, 000, 000, 000 כוח חם יותר, 000 כוח יעיל יותר, 000, 000

מחיר ו-Yeld

מכשירים IoT רגישים למחיר; כמה סנטים של עלות נוספת של BM יכולים לקבוע את הכדאיות בשוק.מגברי RF חייבים להיות מפרטי סימולציה יעילה בתהליכים בעלי רמות גבוהות עם תשואה גבוהה. Compound Semiconductors (GaAs, GaN) מציעים ביצועים מעולים אך הם יקרים יותר וקשה יותר להשתלב עם CMOS.

פתרונות ומגמות עתידיות

למרות האתגרים המרתיעים הללו, גל של חידושים בחומרים של מוליכים למחצה, אדריכלות המעגל, ועיצוב ברמת המערכת מאפשר מגברי RF של הדור הבא עבור IoT ו- M2M. החלקים הבאים מדגישים את ההתפתחויות המבטיחות ביותר.

גליום ניליד (GaN) וגאליום ארנסן (GaAs)

טכנולוגיות GaN-on-Si ו- GaN-on-SiC צמחו באופן משמעותי, המציעות 3 עד 5 פעמים צפיפות כוח גבוהה יותר מאשר GaAs או סיליקון מקבילות ל-IoT הדורשות כוח תפוקה גבוה בטביעה קטנה - כגון M2M שערים נעים ו-IoT חיישן בעוצמה גבוהה - GaNBT מאפשר ל- 50-100 W פלטה תוך שמירה על 60–7E ב-N.

Digital Predistortion (DPD) for Compact IoT Systems

בעוד DPD כבר סטנדרטי בתחנות בסיס ו- Wi-Fi גבוה, היישום שלה במכשירי IoT היה לא מעשי בשל כוח ואזור מעל פני השטח, עם זאת, התקדמות במקלטי משוב בעוצמה נמוכה ואלגוריתמים הסתגלות קלים עכשיו לאפשר DPD להשתלב ב-IoT SoCs מבלי להגדיל משמעותית את ה- LTE-DPD. לדוגמה, ארכיטקטורת DPD באמצעות ADC קטן כדי ללכוד את המעטפה יכולה לתקן AM-AM-I-S-S-R.

טכניקות חדשניות וטכניקות דוהרטיות במשטרים של כוח נמוך

מעקב אחר Envelope (ET) משנה את מתח האספקה של הרש"פ בזמן אמת לעקוב אחר המעטפה RF, שיפור דרמטי היעילות הממוצעת מבחינה היסטורית, ET הוקדשה לבסיסים בעלי עוצמה גבוהה, אבל חדש חד-מחדש יחיד-מספק רב- ⁇ (SIMO) DC-DC המרתגרי סוללה ושינויים מהירים מהירים רבים של תכונות כוח סלולריות (pv) נמצאים פעם במגוון רחב של פונקציות כוח- 10-S-S-C-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-C-C-S-S-CrepHMAC-S-S-S-S-Fremep-C-S-S-Freperreme-FrepHMAS-Freme-S-Frep-Freme-Freme-Freme-C-C-C-C-Freme-Freme-C-C-Freme-C-S-Frep-S-S-S-C-S-S-S-S-S-C-C-S-S-C-D-S

שילוב מתקדם ו-Heterogeneous

כדי להתגבר על המגבלות בגודל של הרש"פ, טכנולוגיות אריזה מתקדמות מאפשרות שילוב של חומרי מוות אופטימליים במודול יחיד. Fan-out wfer-level האריזה (FOWLP) עם אינדוקטורים משובצים ו capacitors מקטין את מספר הרכיבים החיצוניים, בעוד ש-IoT מתאים באמצעות מודולים (TGVs) משפר את התפשטות החום.

תוכנה מבוססת והגדרה מחדש של Amplifiers

בעוד שתקני IoT ממשיכים לשבריר, היכולת לשנות את הרש"פ עבור להקות שונות ורמות כוח הוא רצוי מאוד. Reconfigurable להתאים רשתות באמצעות מתגי MEMS, varactors, או CMOS SOI מתגים יכול לכוון את העומס של הרש"פ כדי להתאים יעילות ופלט ליניארי בכל תדירות הפעלה.com עם נטייה נאותה ותפקוד אספקה, אלה מחדש הרש"פ יכול לחדד את הביצועים של 0% של SPA-E, בעודם מופעל על ידי פונקציות הפעלה של 2.

עיצוב AI-Driven ואופטימיזציה

למידת מכונות מתחילה להשפיע על עיצוב מגבר RF. אלגוריתמים AI יכולים לחקור חללים פרמטר עצום של sistor sizing, התאמת טופולוגיה רשת, ותנאים הטיה מהירים יותר מאשר קידוד ידני.מודלים ליצירת מודלים המשמשים כדי לסנתז רשת חדשה התאמה להתנצלות שעונה על מטרות של IoT על פני תדירות.בנוסף, במהלך פעולה, AI יכול להתאים את ההטיה ואספקה כדי לשמור על ליניאריות בתהליך תגובה וריאציות מסחריות.

מסקנה

העיצוב של מגברי RF עבור יישומי IoT ו- M2M נשאר משמעת תובענית הדורשת ניווט זהיר של מכשירים בין כוח, יעילות, לינאריות, גודל ועלויות.אבל ההתקדמות המהירה של חומרים מוליכים למחצה, ארכיטקטורות מעגלים, וטכניקות שילוב דוחפות את הגבולות של מה אפשרי.ג'ן הרש"פ, מעקב, דורטי להתנצלות, ואופטימיזציה של AI-AI-מניעה כבר מופיעים מוצרים מתקדמים, ומגדירים פתרונות אנרגיה.

לקריאה נוספת על טכניקות ספציפיות, ראה את המשאבים הבאים:

  • (FLT:0) Power Amplifier Design for IoT Applications (Journalמיקרוגל)
  • ^ באתר האינטרנט של הארגון, באתר IEEE IoT, 2022FLT: 1.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) אסטרטגיות ניהוליות של IoT כוח Amplifiers) - LoRa Alliance White PaperofLT 1
  • (FLT:0) Reconfigurable RF Power Amplifiers for Multi-Band IoT) - Qorvo Design HubFLT:1