你不知道的工業(yè)4.0的強(qiáng)大無(wú)線通信

工業(yè)4.0或智能工業(yè)被譽(yù)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(luò)物理系統(tǒng)。第一次工業(yè)革命是不同技術(shù)的融合，使工程師能夠推動(dòng)從手工制品轉(zhuǎn)向由蒸汽驅(qū)動(dòng)的大規(guī)模制造。今天，它是不同技術(shù)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(gòu)建模塊。通過(guò)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(shí)時(shí)提取數(shù)據(jù)，理論上可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)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(jìn)更好的業(yè)務(wù)決策，為新型企業(yè)開(kāi)辟道路。

工業(yè)4.0基礎(chǔ)是可靠的通信基礎(chǔ)設(shè)施。該基礎(chǔ)架構(gòu)使決策者能夠從機(jī)器，工廠和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中提取數(shù)據(jù)。正如工業(yè)4.0工作組的最終報(bào)告中所指出的那樣，網(wǎng)絡(luò)化導(dǎo)致“物理世界和虛擬世界（網(wǎng)絡(luò)空間）以網(wǎng)絡(luò)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(luò)是工業(yè)4.0的關(guān)鍵要求?！?/p>

Sub-GHz無(wú)線連接已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化公用計(jì)量和遙感，例如結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)。通常由電池供電的無(wú)線設(shè)備使用傳感器來(lái)測(cè)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(diǎn)或網(wǎng)關(guān)，在那里可以將其發(fā)送到云以進(jìn)行聚合和處理。無(wú)線解決方案正在進(jìn)軍工廠自動(dòng)化領(lǐng)域，預(yù)計(jì)無(wú)線設(shè)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(shè)計(jì)時(shí)無(wú)線系統(tǒng)，工程師考慮很多因素。由于每個(gè)工程師都會(huì)從Friis的傳輸方程中回想起來(lái)增加范圍，因此可以改變?cè)S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(wú)線接收器時(shí)，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(shuō)明問(wèn)題。

對(duì)于工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的連通性，可靠的無(wú)線電連接至關(guān)重要。在日益惡劣的RF環(huán)境中，特別是在工業(yè)領(lǐng)域，保持可靠的通信可能是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。自1985年推出以來(lái)，未經(jīng)許可的工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)療（ISM）無(wú)線電頻段繼續(xù)看到越來(lái)越多的用戶部署了數(shù)億個(gè)有源設(shè)備。這些無(wú)線電必須應(yīng)對(duì)的幾種潛在干擾源，無(wú)意識(shí)的射頻輻射器可以在同一頻段內(nèi)運(yùn)行的其他有源射頻設(shè)備，通常使用專有協(xié)議。干擾會(huì)嚴(yán)重降低通信范圍。更大，更密集的網(wǎng)絡(luò)也意味著更多的節(jié)點(diǎn)在近距離傳輸，因此更需要更好的接收性能。對(duì)干擾物的適應(yīng)性是非常理想的。它可以減少所需的轉(zhuǎn)發(fā)器節(jié)點(diǎn)數(shù)量，并為每個(gè)網(wǎng)關(guān)啟用更多端點(diǎn)。這導(dǎo)致更強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和更少的黑點(diǎn)。通過(guò)可靠的無(wú)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(zhuǎn)向數(shù)據(jù)表并檢查選擇性和阻塞數(shù)據(jù)。對(duì)于無(wú)線電接收器，RF選擇性是其將所需信號(hào)與在其他信道中傳輸?shù)牟恍枰男盘?hào)源區(qū)分開(kāi)的能力。相鄰信道抑制（ACR）描述了當(dāng)信道中的干擾信號(hào)在間隔比其低一個(gè)或多于一個(gè)信道的信道中有效時(shí)，接收機(jī)在一個(gè)信道中接收有用信號(hào)的能力。備用信道是從相鄰信道中移除的一個(gè)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(yuǎn)離接收器頻帶的干擾源。即使在幾MHz以上，高功率干擾也會(huì)降低通信質(zhì)量并導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失。

實(shí)現(xiàn)良好阻塞和選擇性數(shù)據(jù)的一個(gè)因素是降低RF系統(tǒng)中的相位噪聲。相位噪聲是由信號(hào)中的短期相位波動(dòng)引入的噪聲，可以看作是在頻域中從有用信號(hào)擴(kuò)散出來(lái)的邊帶。相位噪聲通常相對(duì)于載波進(jìn)行測(cè)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(guò)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(jī)中，當(dāng)有用信號(hào)被下變頻到用于信號(hào)處理的中頻時(shí)，干擾信號(hào)的尾部可以混合，不能隨后過(guò)濾掉。

< p>接收器的前端線性會(huì)影響附近高功率干擾的彈性。對(duì)于低于1GHz的無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)，這種干擾源可以是LTE。為了衡量接收機(jī)的線性度，我們轉(zhuǎn)向輸入三階截距（IIP3）。這是通過(guò)將兩個(gè)音調(diào)插入接收鏈并測(cè)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(lái)測(cè)量的。

ADI公司的ADF7030-1試圖解決這個(gè)問(wèn)題。可靠連接的挑戰(zhàn)。 ADF7030-1是一款低于GHz的全集成無(wú)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(yùn)行的應(yīng)用。它支持基于標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，如IEEE802.15.4g，同時(shí)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(dòng)態(tài)范圍ADC，帶QEC的模擬復(fù)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(hào)。利用這些技術(shù)，ADF7030-1能夠在±20 MHz偏移下實(shí)現(xiàn)高達(dá)102 dB的阻塞，并在相鄰信道抑制時(shí)實(shí)現(xiàn)高達(dá)66 dB的阻抗。

在所有支持的信號(hào)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(gòu)，具有雙頻段LO路徑。這使得ADF7030-1能夠支持廣泛的應(yīng)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(wú)需昂貴的外部組件，如SAW濾波器。一個(gè)這樣的標(biāo)準(zhǔn)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(kāi)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(shè)備。 ADI公司在管理通信系統(tǒng)的真實(shí)環(huán)境影響方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位，并且已經(jīng)設(shè)計(jì)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(dòng)互聯(lián)世界為工業(yè)4.0所設(shè)想的物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)提供服務(wù)的關(guān)鍵。