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Mar 26, 2023

L'essor du sans fil met en évidence l'importance du double

En 2021, il est normal de s'attendre à des technologies sans fil dans les téléphones portables,

En 2021, il est normal de s'attendre à des technologies sans fil dans les téléphones portables, les ordinateurs et les accessoires audio. Cependant, les conceptions RF font également leur chemin dans les secteurs industriels, par exemple dans l'automatisation, la maintenance prédictive et les interfaces homme-machine (IHM).

Ces applications exploitent souvent la bande ISM (industrielle, scientifique, médicale) de 2,4 GHz, qui est un domaine hérité sans restriction et surutilisé pour le Wi-Fi 4. Malheureusement, la popularité de la région du spectre signifie que les appareils prenant en charge ce système hérité peuvent avantages offerts par le Wi-Fi 5 GHz.

Cette semaine, u-blox a annoncé une nouvelle série de puces radio, la MAYA-W1, qui répond à ces préoccupations et fournit une solution monolithique multi-radio. Ces puces intègrent une radio 2,4 GHz et 5 GHz et supportent le mode Bluetooth Classic et BLE (Bluetooth low energy).

On dit que la puce monolithique de 10,4 mm x 14,3 mm x 2,5 mm simplifie l'intégration de la connectivité sans fil dans les applications avec ses trois options de format d'interface : une antenne intégrée et des connecteurs U.FL ou des broches d'antenne.

Dans le communiqué de presse, Stefan Berggren, directeur principal du marketing produit chez u-blox, explique : "Le Wi-Fi 4 continue d'être la technologie la plus utilisée dans nos segments cibles, mais la congestion de la bande 2,4 GHz suscite des inquiétudes." Pour surmonter ce problème, MAYA-W1 intègre une capacité bi-bande, ce qui en fait un concurrent pour les applications IoT.

Comment fonctionnent exactement les appareils comme le MAYA-W1 pour apporter une capacité bi-bande à de telles conceptions embarquées ? Les ingénieurs peuvent prendre en compte trois facteurs : l'architecture, les géométries d'antenne et les modules frontaux RF.

Fondamentalement, les radios bi-bande (ou multimode) peuvent fonctionner dans deux régions distinctes du spectre RF ou plus. Le fonctionnement dans les deux régions est possible avec des récepteurs analogiques superhétérodynes conventionnels ou par conversion directe en un signal numérique à partir des fréquences GHz natives.

Pour réaliser un échantillonnage RF moderne, les concepteurs doivent utiliser une conversion directe à partir des fréquences reçues sans convertir le signal avec un oscillateur local (superhétérodyne).

Pour traiter les circuits filtrés et amplifiés via des applications DSP, un ingénieur doit alors utiliser un débit multi-gigahertz d'ADC haut de gamme. Ce débit simplifie grandement l'architecture RF requise pour exécuter des applications radio multimodes sans limiter la complexité des modulations possibles.

En plus de l'architecture, les concepteurs doivent également tenir compte de la manière dont les géométries d'antenne peuvent limiter la gamme d'énergies recevables de manière cohérente. Pour surmonter cette limitation, les ingénieurs peuvent soit intégrer plusieurs géométries d'antenne dans leur appareil, soit générer une antenne "multibande" qui fonctionne de manière acceptable dans les plages de fréquences d'intérêt.

La bande passante fractionnaire représente la largeur de bande d'une antenne par rapport à la fréquence centrale de fonctionnement. Il varie entre 0 et 2, selon l'étendue de la coupure des bandes supérieure et inférieure.

L'une des géométries d'antenne les plus populaires pour les appareils sans fil aujourd'hui est l'antenne F inversée planaire (PIFA).

PIFA a gagné en popularité car il peut être imprimé directement sur un PCB. De plus, il fonctionne bien dans une large gamme d'applications RF, y compris GSM, Bluetooth, Wi-Fi et plusieurs autres normes cellulaires.

Malgré le succès de l'antenne PIFA pour une utilisation dans la bande ISM cellulaire et héritée, elle n'est pas appropriée pour une utilisation simultanée à 5 GHz et 2,4 GHz. Les concepteurs doivent utiliser deux antennes pour le Wi-Fi 4 bi-bande, qui peuvent ensuite être diplexées en une seule ligne de transmission de 50 Ω sur le PCB pour le traitement post-réception.

Des vitesses et des bandes passantes plus élevées avec le Wi-Fi 5 GHz conduisent à une conception de PCB plus complexe en raison des effets de ligne de transmission, ce qui tient compte des différents sous-systèmes FEM.

Au-delà de l'antenne, le module frontal RF (FEM) doit s'adapter à une architecture plus complexe pour faciliter le bi-bande.

La présélection (grâce à l'utilisation d'un diplexeur ou d'un multiplexeur) est un processus utilisé pour séparer les signaux reçus à l'antenne dans leurs bandes d'énergie respectives pour la conversion descendante et le traitement.

Le MAYA-W1 est un exemple intéressant de la façon dont ces trois principes de conception se combinent pour offrir une capacité bi-bande. u-blox affirme avoir gardé la flexibilité de conception comme objectif clé dans le développement du nouveau module, offrant à la fois le Bluetooth bi-mode (BLE et Classic) et le Wi-Fi 4. À cette fin, le module est pré-intégré au développement MCUXpresso de NXP. environnement.

Les appareils qui incluent une capacité bi-bande deviennent de plus en plus utiles dans la gestion de l'alimentation, la recharge des véhicules électriques, la gestion de flotte, la télématique et les appareils professionnels, entre autres.

Avez-vous une expérience des gammes bi-bande RF, que ce soit en conception ou en programmation embarquée ? Faites-le nous savoir dans les commentaires ci-dessous.