你不知道的工业4.0的强大无线通信

工业4.0或智能工业被誉为一种新的工业革命，现有系统联网在一起，创建网络物理系统。第一次工业革命是不同技术的融合，使工程师能够推动从手工制品转向由蒸汽驱动的大规模制造。今天，它是不同技术的融合，包括传感，通信和大数据处理，被视为工业4.0的构建模块。通过添加与嵌入式系统的连接，从工厂车间到客户使用的产品，以及实时提取数据，理论上可以实现高达30％的效率提升。这些数据不仅可以优化制造流程，还可以促进更好的业务决策，为新型企业开辟道路。

工业4.0基础是可靠的通信基础设施。该基础架构使决策者能够从机器，工厂和现场设备中提取数据。正如工业4.0工作组的最终报告中所指出的那样，网络化导致“物理世界和虚拟世界（网络空间）以网络物理系统的形式融合”，并且“可靠，全面，高质量的通信网络是工业4.0的关键要求。“

Sub-GHz无线连接已经实现了自动化公用计量和遥感，例如结构监测。通常由电池供电的无线设备使用传感器来测量和量化物理世界，并将该数据发送到收集器节点或网关，在那里可以将其发送到云以进行聚合和处理。无线解决方案正在进军工厂自动化领域，预计无线设备的出货量将增加，以满足土建工程，农业和环境以及能源生产和分配的需求。

设计时无线系统，工程师考虑很多因素。由于每个工程师都会从Friis的传输方程中回想起来增加范围，因此可以改变许多参数，例如增加发射功率或接收灵敏度或两者。然而，法规限制了最大发射功率，并且诸如高功率天线和外部LNA的组件可能显着增加系统的成本。因此，在选择无线接收器时，工程师首先要考虑的是接收灵敏度。然而，仅靠灵敏度并不能说明问题。

对于工业生态系统内的连通性，可靠的无线电连接至关重要。在日益恶劣的RF环境中，特别是在工业领域，保持可靠的通信可能是一项挑战。自1985年推出以来，未经许可的工业，科学和医疗（ISM）无线电频段继续看到越来越多的用户部署了数亿个有源设备。这些无线电必须应对的几种潜在干扰源，无意识的射频辐射器可以在同一频段内运行的其他有源射频设备，通常使用专有协议。干扰会严重降低通信范围。更大，更密集的网络也意味着更多的节点在近距离传输，因此更需要更好的接收性能。对干扰物的适应性是非常理想的。它可以减少所需的转发器节点数量，并为每个网关启用更多端点。这导致更强大的网络覆盖范围和更少的黑点。通过可靠的无线连接，丢失的数据包更少，从而减少了数据包重传次数，从而提高了整体效率。

要了解接收器的性能，我们必须转向数据表并检查选择性和阻塞数据。对于无线电接收器，RF选择性是其将所需信号与在其他信道中传输的不需要的信号源区分开的能力。相邻信道抑制（ACR）描述了当信道中的干扰信号在间隔比其低一个或多于一个信道的信道中有效时，接收机在一个信道中接收有用信号的能力。备用信道是从相邻信道中移除的一个信道。拒绝越大，在存在干扰的情况下接收器性能越好。阻塞是指远离接收器频带的干扰源。即使在几MHz以上，高功率干扰也会降低通信质量并导致数据包丢失。

实现良好阻塞和选择性数据的一个因素是降低RF系统中的相位噪声。相位噪声是由信号中的短期相位波动引入的噪声，可以看作是在频域中从有用信号扩散出来的边带。相位噪声通常相对于载波进行测量，单位为dBc / Hz，即距离载波指定偏移处的1 Hz带宽内的噪声功率。这种噪声通过影响相互混合（如图1所示）和提高本底噪声而降低接收器性能。在接收机中，当有用信号被下变频到用于信号处理的中频时，干扰信号的尾部可以混合，不能随后过滤掉。

< p>接收器的前端线性会影响附近高功率干扰的弹性。对于低于1GHz的无线电网络，这种干扰源可以是LTE。为了衡量接收机的线性度，我们转向输入三阶截距（IIP3）。这是通过将两个音调插入接收链并测量出现在输入音调频率间隔3倍的三阶互调产物来测量的。

ADI公司的ADF7030-1试图解决这个问题。可靠连接的挑战。 ADF7030-1是一款低于GHz的全集成无线电收发器。它适用于在ISM，SRD和169.4 MHz至169.6 MHz，426 MHz至470 MHz和863 MHz至960 MHz的许可频段内运行的应用。它支持基于标准的协议，如IEEE802.15.4g，同时还提供支持各种专有协议的灵活性。高度可配置的低中频（IF）接收器支持2.6 kHz至738 kHz的大范围接收器通道带宽。这一接收器通道带宽范围允许ADF7030-1支持超窄带，窄带和宽带通道间隔。它旨在提供一流的阻塞并提供出色的灵敏度。

ADF7030-1采用高性能，低功耗模拟前端（AFE），采用高动态范围ADC，带QEC的模拟复数抗混叠滤波和数字通道滤波，可去除接收链中不需要的信号。利用这些技术，ADF7030-1能够在±20 MHz偏移下实现高达102 dB的阻塞，并在相邻信道抑制时实现高达66 dB的阻抗。

在所有支持的信号带宽和以下保持高性能接收性能ADF7030-1采用可重新配置的VLIF接收器架构，具有双频段LO路径。这使得ADF7030-1能够支持广泛的应用。

ADF7030-1具有同类最佳的抑制性能，其IIP3值为最大接收器增益为-8.5 dBm。这使最终用户相信他们将满足法规要求，并且无需昂贵的外部组件，如SAW滤波器。一个这样的标准的示例是具有25kHz信道间隔的ETSI类1。这需要60 dB相邻信道抑制和84 dB选择性。 ADF7030-1大大超出了这些要求。

工业4.0要求工程师开发创新且引人注目的解决方案，以支持下一代连接和智能设备。 ADI公司在管理通信系统的真实环境影响方面处于行业领先地位，并且已经设计了可靠的解决方案，可连接物理和数字世界50多年。确保稳健可靠的通信是推动互联世界为工业4.0所设想的物联网和服务提供服务的关键。