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Mar 26, 2023

El auge de la tecnología inalámbrica destaca la importancia de la tecnología dual

En 2021, es estándar esperar tecnologías inalámbricas en teléfonos celulares,

En 2021, es estándar esperar tecnologías inalámbricas en teléfonos celulares, computadoras y accesorios de audio. Sin embargo, los diseños de RF también se están abriendo camino en los sectores industriales, por ejemplo, en la automatización, el mantenimiento predictivo y las interfaces hombre-máquina (HMI).

Estas aplicaciones a menudo aprovechan la banda ISM (industrial, científica, médica) de 2,4 GHz, que es un dominio heredado sin restricciones y sobreutilizado para Wi-Fi 4. Desafortunadamente, la popularidad de la región del espectro significa que los dispositivos compatibles con este sistema heredado pueden sacrificar la beneficios que ofrece el Wi-Fi de 5 GHz.

Esta semana, u-blox anunció una nueva serie de chips de radio, el MAYA-W1, que aborda estas preocupaciones y proporciona una solución monolítica de radio múltiple. Estos chips incorporan radio de 2,4 GHz y 5 GHz y soportan el modo Bluetooth Classic y BLE (Bluetooth de baja energía).

Se dice que el chip monolítico de 10,4 mm x 14,3 mm x 2,5 mm simplifica la incorporación de conectividad inalámbrica en las aplicaciones con sus tres opciones de formato de interfaz: una antena integrada y conectores U.FL o pines de antena.

En el comunicado de prensa, Stefan Berggren, gerente senior de marketing de productos de u-blox, explica: "Wi-Fi 4 sigue siendo la tecnología más utilizada en nuestros segmentos objetivo, pero existe preocupación por la congestión de la banda de 2,4 GHz". Para superar este problema, MAYA-W1 incorpora la capacidad de doble banda, lo que lo convierte en un competidor para las aplicaciones de IoT.

¿Cómo funcionan exactamente los dispositivos como el MAYA-W1 para llevar la capacidad de doble banda a tales diseños integrados? Los ingenieros pueden considerar tres factores: arquitectura, geometrías de antena y módulos frontales de RF.

Fundamentalmente, las radios de doble banda (o multimodo) pueden operar dentro de dos o más regiones distintas del espectro de RF. Es posible operar en ambas regiones con receptores analógicos superheterodinos convencionales o mediante conversión directa a una señal digital desde las frecuencias de GHz nativas.

Para lograr un muestreo de RF moderno, los diseñadores deben usar la conversión directa de las frecuencias recibidas sin convertir la señal con un oscilador local (superheterodino).

Para procesar los circuitos filtrados y amplificados a través de aplicaciones DSP, un ingeniero debe usar un rendimiento de varios gigahercios de ADC de alta gama. Este rendimiento simplifica enormemente la arquitectura de RF necesaria para ejecutar aplicaciones de radio multimodo sin limitar la complejidad de las posibles modulaciones.

Además de la arquitectura, los diseñadores también deben considerar cómo las geometrías de las antenas pueden limitar el rango de energías que se pueden recibir de manera coherente. Para superar esta limitación, los ingenieros pueden construir múltiples geometrías de antena en su dispositivo o generar una antena "multibanda" que funcione de manera aceptable dentro de los rangos de frecuencia de interés.

El ancho de banda fraccional representa qué tan ancha es una antena con respecto a la frecuencia central de operación. Varía entre 0 y 2, dependiendo de la extensión del corte de la banda superior e inferior.

Una de las geometrías de antena más populares para dispositivos inalámbricos en la actualidad es la antena F plana invertida (PIFA).

PIFA ha ganado popularidad porque se puede imprimir directamente en una PCB. Además, funciona bien en una amplia gama de aplicaciones de RF, incluidos GSM, Bluetooth, Wi-Fi y varios otros estándares celulares.

A pesar del éxito de la antena PIFA para su uso en la banda ISM heredada y celular, no es adecuada para su uso a 5 GHz y 2,4 GHz simultáneamente. Los diseñadores deben usar dos antenas para Wi-Fi 4 de doble banda, que luego se pueden dividir en una sola línea de transmisión de 50 Ω en la PCB para el procesamiento posterior a la recepción.

Velocidades y anchos de banda más altos con Wi-Fi de 5 GHz conducen a un diseño de PCB más complejo debido a los efectos de la línea de transmisión, que representan los diversos subsistemas FEM.

Más allá de la antena, el módulo frontal de RF (FEM) debe adaptarse a una arquitectura más compleja para facilitar la doble banda.

La preselección (mediante el uso de un diplexor o multiplexor) es un proceso que se utiliza para separar las señales recibidas en la antena en sus respectivas bandas de energía para su conversión descendente y procesamiento.

El MAYA-W1 sirve como un ejemplo interesante de cómo estos tres principios de diseño se unen para ofrecer capacidad de doble banda. u-blox afirma que mantuvo la flexibilidad del diseño como un enfoque clave en el desarrollo del nuevo módulo, que ofrece Bluetooth de modo dual (BLE y Classic) y Wi-Fi 4. Con este fin, el módulo está preintegrado con el desarrollo MCUXpresso de NXP. ambiente.

Los dispositivos que incluyen la capacidad de doble banda se están volviendo cada vez más útiles en la gestión de energía, la carga de vehículos eléctricos, la gestión de flotas, la telemática y los dispositivos profesionales, entre otros.

¿Tiene alguna experiencia con rangos de doble banda de RF, ya sea en diseño o programación integrada? Háganos saber en los comentarios a continuación.