עבור מהנדסים ואדריכלי מערכת פריסת רשתות חיישן אלחוטי או מכשירי IoT בסביבה מרחוק, פרופיל האנרגיה של מערכת התקשורת קובע לעתים קרובות את הכדאיות הכוללת של הפרויקט. Frequency Shift Keying (FSK) Transceivers נשאר בחירה פופולרית בשל שיקולים הפשטים, העוצמה, ותיעוד מוכח ביישומים בעלי עוצמה נמוכה.

הבנתם של FSK Transceivers ו-FSK שלהם ב- Low-Power IoT

איך FSK עובד

Frequency Shift Keying מקודמת נתונים דיגיטליים על ידי מעבר לתדירות המוביל בין שני ערכים שנקבעו מראש. A binary "0" מיוצג על ידי תדר אחד (הסימן), ו-"1" בינארי על ידי אחר (החלל) זה קבוע-דגום דגימות הוא חסין יחסית לרעש חד-משמעי, מה שהופך FK אידיאלי לסביבות עם הפרעה.

יישומים טיפוסיים ב Deployments מרוחקים

FSK Transceivers הם עמוד השדרה של מערכות אלחוטיות ארוכות טווח, כולל:

  • (ב) חיישנים של לחות קרקע חקלאית (FLT) 1 (העברת נתונים פעם או פעמיים ביום מן הצומת המופעל על ידי השמש.
  • (ב) ,0) צגים של צינורות תעשייתיים (Industrial tube Monitor) 1 באזורים מסוכנים שבהם החלפת סוללות היא יקרה.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

פריסות אלה חולקות דרישה נפוצה: צריכת חשמל נמוכה מאוד, לעתים קרובות מתחת ל-100 מיקרו-וואו, בהתאם למחזור החובה.הבנת חלוקת הצריכה הזו מעבר לשדר, לקבל, ומצבי שינה חיוניים לחיזוי חיים מדויק.

גורמי מפתח שמניעים אנרגיה צריכת אנרגיה לטווח ארוך

צריכת האנרגיה הכוללת על מחזור חיים פריסה היא חלק בלתי נפרד של כוח לאורך זמן.התורמים העיקריים מבינים היטב, אבל אינטראקציותיהם יכולות להיות עדינות.

כוח טרנספורמטיבי ואנטנה יעילות

הגורם הבולט ביותר הוא כוח הפלט הרדיו, בדרך כלל מתאים מ -20 dBm ל +20 dBm (0.01 mW עד 100 mW) מינון כוח התפוקה מגביר את המגירה הנוכחית במגבר הכוח על ידי בערך אותו גורם, אבל ההשפעה על אנרגיה כוללת גם תלויה יעילות האנטנה והתאמה מושלמת של אנטנה מושלמת יכול להפחית את הצורך עבור כוח גבוה יותר, אבל את מדד כוח מקסימלי (קצב כוח סביר) במקום ירידה הנדרשת כדי להשיג את השגיאה כוח).

שיעור נתונים ומודולציה Scheme

שיעורי נתונים גבוהים יותר מאפשרים התפרצויות שידור קצרות יותר, אשר יכול להפחית את הזמן המשדר פעיל.עם זאת, הגדלת שיעור הנתונים עשוי לדרוש רוחב פס רחב יותר IF ו עיבוד דיגיטלי מהיר יותר, פוטנציאל להגדיל את כוח המקלט במהלך ההדגמה.עבור FSK, היחסים אינם ליניאריים.הרבה טרנסצ'י כוח נמוך כולל תמיכה במספר רב של נתונים (למשל, 1.2bps ל 500 kb) עם פרופילים שונים, אך עשוי להגדיל את קצב האבטחה נמוך יותר, אך מאפשר הורדת קצב אבטחה נמוך יותר, אך מאפשר הורדת קצב אבטחה נמוכה יותר, אך יותר, אך הוא עשוי להפחית את קצב אבטחה נמוך יותר, אך מאפשר לחץ רוחב פסים, אך יותר, אך יותר, אך מאפשר הורדת קצב אבטחה נמוך יותר, אך יותר, אך יותר, אך מאפשר הורדת קצב אבטחה נמוך יותר, אך יותר, אך מאפשר הורדת קצב אבטחה נמוך יותר, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, יותר, יותר, יותר, לעומת זאת, הוא מאפשר הורדת קצב אבטחה נמוך יותר, יותר, יותר, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, הוא יכול להפחית את קצב אבטחה נמוכה יותר, לעומת זאת, יותר, לעומת זאת, הוא מאפשר הורדת קצב ניקוי מהיר יותר, יותר, ירידה

מצבי רכיבה על אופניים ושינה

בפריסה ארוכת טווח, ה- transceiver מוציא את הרוב המכריע של זמן במצב שינה נמוך כוח חיים - מחזור החובה - היחס של זמן פעיל לזמן הכולל - הוא פרמטר העיצוב המשפיע ביותר.עבור חיישן המדווח לשעה, מחזור חובה טיפוסי יכול להיות 0.1% או פחות.אבל גם בשינה, transceiver שואב זרם (לעתים קרובות 1-10A מיקרו) עם יכולת שינה גבוהה של 10A) ו- 10A, 000 של מחזור חיים הנוכחי חייב להיות גם על ידי מחזור זמן של מחזור חיים של מחזור זמן של מחזור זמן של מחזור זמן ארוך טווח הנוכחי.

קבל כוח והאזנה - לפני דיבור

אנרגיה מקבל לעתים קרובות מזלזלת.רבים FSK transceivers לצרוך כוח דומה לקבל ולהעביר מודות (בדרך כלל 10-20 mA) עבור מערכות המשתמשות בתוכנית רדיו או תקופת האזנה, המקלט עשוי להיות על זה במשך שניות רבות ביום, צריכת יותר כוח מאשר טכניקת השידור כמו הקשבה מתאימה, שבו המקלט מתעורר רק כאשר הערוץ הוא ברור עבור חלון קצר, יכול גם להפחית את העלות של חומרת הגלאים הנוכחית.

אדריכלות קשיחה ובחירת

הבחירה של Transceiver IC, אוסטרטור קריסטל, ורכיבים פסיביים ממלא תפקיד מכריע. Newer CMOS Transceivers לשלב הרגולטורים מתח, מגברי חשמל, ואפילו עיבוד בסיס, צמצום ספירה חיצונית והפסדים parasitic. לדוגמה, TI CC1120 ו- Semtech SX127x משפחות מציעות מצב של ה-F-art נמוך כוח לקבל אותות לחץ דם נמוך כמו texi>

שיטות לחיזוי אנרגיה

מפרטים נוכחיים של גיליון נתונים נמדדים בדרך כלל בתנאים אידיאליים עם מתח היצע יחיד ו שידור מתמשך. פריסות בעולם האמיתי כרוכות בטמפרטורות שונות, טמפרטורות מתח היצע, ופעולה לסירוגין. גישה רב-מטאודית מניבה את התחזיות האמינות ביותר.

כוח מעבדה

השתמש ברזולוציה הנוכחית של רזולוציה גבוהה או יחידת דיוק מקור-מטר (SMU) כדי ללכוד את גל נוכחי מיידי של transaneous הנוכחי גלפור במהלך מחזור שידור / קבלה מלאה.חבר את SMU לרכבת האספקה של transceiver וגורם רכישה על קצה העולה של ה-SLCC4 (החליפה) או על גבי הטמפרטורות המשולבות השונות (Riculna) של ה-CLC) על פני מחזור ה-RLCCLC (R) של טמפרטורות קבועות ו-R.

טכניקת סימבול ומודל

יצירת מודל אנרגיה ברמת מערכת ב Python או MATLAB שלוקח קלט: לשדר הנוכחי (מ profiling), לקבל הנוכחי, לישון הנוכחי, גודל החבילה, שיעור נתונים, מחזור חובה, ותכונות סוללה. Simulate לאורך החיים הצפויים להעריך מתח סוללה דעיכה.מנע את ההשפעה של הרגולטורים המתח (למשל, ממריצים שיש להם יעילות גבוהה יותר בעומסים מסוימים) כדי למנוע תחזיות אופטימיות של שימוש זה כמה שבועות יכול להיות יעיל יותר מאשר לאחר מכן כדי להשפיע על מודלים של 10 שנים?

זמן רב של טריטוריה Deployment Monitoring

תקן הזהב הוא כלי מספר קטן של יחידות ייצור עם גרגור מתח סוללה או צג נוכחי חרטה.מד את מתח הסוללה פעם לדקה ואירועי שיא (העברות, קיבלו חבילות) במשך מספר חודשים, עקומת המתח מספקת את האנרגיה האמיתית ניקוז אנרגיה קורלט עם תנאים סביבתיים (temperature, לחות) כדי לזהות גורמים נוספים כגון דליפה מוגברת במזג אוויר חם או ירידה ברגישות במקלט, פעם אחת בלבד, שידור אנרגיה נמוכה.

אסטרטגיות אופטימיזציה ל- Extended Battery Life

בקרת חשמל הסתגלות ואופטימיזציה של תקציב קישורים

יישום אלגוריתם בקרת כוח סגור המשתמש במדד כוח אותות (RSSI) ערכים מתחנת הבסיס.העברה להתאים את כוח השידור שלה למינימום שעדיין משיגה ציון מקובל (למשל, וולט;1%) זה יכול להפחית אנרגיה עד 60% בתנאי אות חזקים.עבור מערכות FSK, גודל טיפוסי של 3DB הוא מספיק.

אפשרויות שינה ו Wake-Up אסטרטגיות

מצב השינה העמוק ביותר של ה-Transceiver, אך השתמש שעון בזמן אמת נפרד להפריע להעיר את המיקרובקר באופן זמני.רצף ההתעוררות צריך להיות קצר ככל האפשר: MCU יכול להתעורר במיקרו-שניות, אבל ה- PLL של הרדיו צריך זמן לנעול (בדרך כלל 0.5-1 מ's) אם המערכת מונחה אירוע (למשל, תנועה), לשקול שימוש ב-Freditardsto-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-ream) באופן מיידי כדי למזער את מערכת הפעלה (D) ללא הגבלת זמן.

אופטימיזציה של מחזור נתונים ו-Data Aggregation

במקום לשדר חיישנים גולמיים קורא כל דקה, לאסוף נתונים באופן מקומי (למשל, ממוצע, דקות, מקס מעל 10 דקות) ולשלוח חבילה אחת גדולה יותר. חבילה אחת 100-byte מועברת פעם כל 10 דקות ב 50 kbps משתמשת פחות אנרגיה מאשר 10 חבילות 10byte המועברות בכל רגע, כי ראש של PLL סטארט אפ ו preamble הוא נמנע כל זמן.

בחירת חומרים אנרגיה-Efficient Components ו- התפעול

מעבר ל- IC, לשקול את מצבי הכוח הנמוך של מיקרובקר. MCUs רבים (למשל, STM32L סדרה, MSP430) יש מצבי עצירה כי לצרוך תחת 1 μA. השתמש בחבילת זיהוי נמוך יותר (LDO) עם זרם נמוך מאוד (למשל, TPS230) במקום להחליף 1 μA. השתמש ב- 10 LTS נוסף כדי להפחית את ה-Ax כמו הפסדי) עם ממוצע של 10.

סחרחורת ושיקולים

טווח לעומת כוח

כל 6 dB עלייה בתפוקה מכפיל את הטווח (במרחב חופשי) אבל גם מכפיל את זרם השידור. עבור יישומים רבים, פלט 15 mW (+12 dBm) מספק טווח מספיק עבור סביבות עירוניות עד 500 מ', בעוד יחידת 100 mW (+20 dBm) עשויה רק להרחיב את התפוקה הנדרשת ל-1.5 ק"מ.העלויות הסוללה הנוספות עשויות לא להצדיק את הרווחיות גבוהה יותר.

מידע באמצעות חישוב לעומת אנרגיה ל bit

שיעור הנתונים הגבוה יותר מקטין את הזמן שהדרדר נמצא, אך האנרגיה הכוללת ל ביט לא יכולה להפחית באופן ליניארי בשל קבוע מעל הראש (preamble, סנכרון מילה, CRC) עבור FSK, שיעור הנתונים היעיל ביותר באנרגיה במונחים של אנרגיה לקצת שימושי בדרך כלל נמצא בטווח של 10-50 kbps עבור חבילת 128-byte.

עלויות לעומת יעילות

טרנזיום כוח אולטרה-נמוך לעתים קרובות לשאת פרמיה. חלק שני צריכת 0.10.1 שינה מול חלק אחד צריכת 1 μA עשוי לחסוך 0.9 μA, אשר מעל 10 שנים עד 80 mAh - לא משמעותי עבור סוללה גדולה אבל קריטי עבור תא מטבע קטן. מהנדסים צריך לחשב את העלות הכוללת של הבעלות, כולל עבודה חלופית ולמטה.

מחקר מקרה: פיזור עולמי של FSK ב ניטור חקלאי

מדידת 100-node אדמה sensing רשת במערב התיכון ארצות הברית השתמש TI CC1200 transceivers ב 433 MHz עם כוח פלט נומינאלי של +14 dBm.העיצוב הראשוני היה מחזור חובה של 0.3% (אחד שידורים אחד לכל שעה) סוללה של 1.5 שנים היה לחזות באמצעות ערכי נתונים.לאחר סינון מעבדה, השינה בפועל הייתה 1.2μs (Av) עד 5 ליטרים של 2 ליטר) עד ל-A בלבד.

מגמות עתידיות ב- Ultra-Low-Power Transceivers

הדור הבא של FSK Transceivers אינטגרציה ממשקי קציר אנרגיה, כגון ניהול חשמל אוטומטי מתאים סולאריים או מקורות אדזואלקטריים. טווח ארוך של Semtech (LoRa) Modulation, אשר משתמש בצורת של ספקטרום מבוזר FSK, הוא כבר להשיג זרםי משנה ו- sub- 10A מקבל זרמי תוך כיסוי של עשרות קילומטרים, רדיו-up-מיקרומטרים שנמצאו כדי פרמטרים ספציפיים ל-מקוד חשמל פרמטרים של פרמטרים של ספקטרום של 2.

מסקנה

(הופנה מהדף צריכת האנרגיה של FSK Transceivers דורש גישה קפדנית המשלבת את סיווג המעבדה, מערכת מודלים, ואימות שדה.על ידי התמקדות בין מחזור שינה הנוכחי, חובה, כוח שידור, ומקבל מעל הראש, מהנדסים יכולים לעצב רשתות חיישן אלחוטיות הפועלות במשך שנים על מערכת הפעלה אחת בלבד.