ブログ

Mar 26, 2023

ワイヤレスの台頭によりデュアルの重要性が浮き彫りに

Nel 2021, sarà standard per i telefoni cellulari includere la tecnologia wireless.

2021 年には、携帯電話、コンピューター、オーディオ アクセサリーにワイヤレス テクノロジーが搭載されることが予想されます。 ただし、RF 設計は、自動化、予知保全、ヒューマン マシン インターフェイス (HMI) などの産業分野にも導入されています。

これらのアプリケーションは、多くの場合、Wi-Fi 4 の無制限で過剰に利用されているレガシー ドメインである 2.4 GHz ISM (産業、科学、医療) 帯域を利用します。残念なことに、スペクトル領域の人気により、このレガシー システムをサポートするデバイスは、 5 GHz Wi-Fi によるメリット。

今週、ユーブロックスは、これらの懸念に対処し、モノリシックなマルチ無線ソリューションを提供する新しい無線チップ シリーズ MAYA-W1 を発表しました。 これらのチップには 2.4 GHz および 5 GHz 無線が組み込まれており、Bluetooth クラシック モードと BLE (Bluetooth low-energy) をサポートしています。

10.4 mm x 14.3 mm x 2.5 mm のモノリシック チップは、組み込みアンテナ、U.FL コネクタまたはアンテナ ピンという 3 つのインターフェイス形式オプションにより、アプリケーションへのワイヤレス接続の組み込みを簡素化するといわれています。

プレスリリースの中でユーブロックスのシニアプロダクトマーケティングマネージャー、ステファン・ベルグレン氏は「Wi-Fi 4は引き続き当社のターゲットセグメントで最も多く使われているテクノロジーだが、2.4GHz帯の輻輳が懸念されている」と説明している。 この問題を克服するために、MAYA-W1 にはデュアルバンド機能が組み込まれており、IoT アプリケーションの候補となっています。

MAYA-W1 のようなデバイスは、そのような組み込み設計にデュアルバンド機能をもたらすためにどのように機能するのでしょうか? エンジニアは、アーキテクチャ、アンテナの形状、RF フロントエンド モジュールの 3 つの要素を考慮することがあります。

基本的に、デュアルバンド (またはマルチモード) 無線機は、2 つ以上の異なる RF スペクトル領域内で動作できます。 両方の領域での動作は、従来のスーパーヘテロダイン アナログ受信機を使用するか、ネイティブ GHz 周波数からデジタル信号への直接変換を通じて可能です。

最新の RF サンプリングを実現するには、設計者は局部発振器 (スーパーヘテロダイン) で信号を変換せずに、受信周波数からの直接変換を使用する必要があります。

DSP アプリケーションを通じてフィルタリングおよび増幅された回路を処理するには、エンジニアはハイエンド ADC のマルチギガヘルツ スループットを使用する必要があります。 このスループットにより、変調の複雑さを制限することなく、マルチモード無線アプリケーションの実行に必要な RF アーキテクチャが大幅に簡素化されます。

設計者は、アーキテクチャに加えて、アンテナの形状がコヒーレントに受信可能なエネルギー範囲をどのように制限できるかについても考慮する必要があります。 この制限を克服するために、エンジニアはデバイスに複数のアンテナ形状を組み込むか、対象の周波数範囲内で適切に動作する「マルチバンド」アンテナを生成することができます。

分数帯域幅は、動作の中心周波数に対してアンテナがどの程度広帯域であるかを表します。 上部および下部バンドのカットオフの範囲に応じて、0 から 2 の間で変化します。

現在、ワイヤレス デバイスで最も一般的なアンテナ形状の 1 つは、平面逆 F アンテナ (PIFA) です。

PIFA は、PCB に直接印刷できるため人気を集めています。 さらに、GSM、Bluetooth、Wi-Fi、その他いくつかのセルラー規格を含む幅広い RF アプリケーションでも適切に機能します。

PIFA アンテナはセルラー帯域および従来の ISM 帯域での使用には成功していますが、5 GHz と 2.4 GHz での同時使用には適していません。 設計者は Wi-Fi 4 デュアルバンドに 2 つのアンテナを使用する必要があり、受信後の処理のために PCB 上の単一の 50Ω 伝送ラインに二重化できます。

5 GHz Wi-Fi の高速化と帯域幅化により、伝送線路の影響により PCB 設計がより複雑になり、さまざまな FEM サブシステムが考慮されます。

アンテナを超えて、RF フロントエンド モジュール (FEM) は、デュアルバンドを促進するために、より複雑なアーキテクチャに対応する必要があります。

事前選択 (ダイプレクサまたはマルチプレクサの使用による) は、アンテナで受信した信号を、ダウンコンバートおよび処理のためにそれぞれのエネルギー帯域に分離するために使用されるプロセスです。

MAYA-W1 は、これら 3 つの設計原則がどのように組み合わされてデュアルバンド機能を提供するかを示す興味深い例として機能します。 ユーブロックスは、デュアルモード Bluetooth (BLE およびクラシック) と Wi-Fi 4 の両方を提供する新しいモジュールの開発において設計の柔軟性を重要な焦点として維持したと主張しています。この目的のために、モジュールは NXP の MCUXpresso 開発と事前に統合されています。環境。

デュアルバンド機能を備えたデバイスは、電源管理、EV 充電、車両管理、テレマティクス、業務用機器などでますます有用になっています。

設計または組み込みプログラミングのいずれかにおいて、RF デュアルバンド範囲に関する経験はありますか? 以下のコメント欄でお知らせください。