Кварцевые резонаторы Jauch для IoT-устройств (часть 1)
20 февраля 2019
У всех на слуху новое модное слово - IoT. Расшифровывается оно, как «Интернет вещей» и предполагает, что каждое устройство или приложение, относящееся к IoT, может взаимодействовать друг с другом. В основном речь идет о беспроводной связи. Вместе с тем, существует несколько конкурирующих стандартов, которые не обязательно совместимы друг с другом.
Приведенный ниже список включает в себя стандарты и сокращения других стандартов IoT для обмена информацией по беспроводной связи.
Список IoT и других беспроводных стандартов
• BT® - Bluetooth® • BLE® - Bluetooth® Low Energy (вариант Bluetooth с низким энергопотреблением) • IEEE® 802.15.4 - IEEE стандарт низкоскоростной связи • IEEE® 802.11 b/g/n - LAN стандарт связи малого радиуса действия • LoRa® - Стандарт связи большого радиуса действия с низким энергопотреблением • SigFox® - Стандарт связи устройств в сетях с низким энергопотреблением • ISO/IEC 14443 и ISO/IEC 15693 - Стандарты связи бесконтактных пассивных карт (RFID) ближнего и дальнего радиуса действия • ISO/IEC 18000 - Стандарт, который описывает серию разнообразных RFID-технологий
Список других беспроводных стандартов, протоколов беспроводной передачи данных
• WLAN - Стандарт беспроводной локальной сети • WiFi - Стандарт беспроводной локальной сети на основе IEEE 02.11 • ZigBee® - Стандарты с низким энергопотреблением и низкой скоростью связи • 6LowPan - Стандарт взаимодействия по IPv6 поверх маломощных сетей стандарта IEEE 802.15.4 • NFC - Технология беспроводной передачи данных малого радиуса действия • LPWAN - беспроводная технология передачи небольших по объёму данных на дальние расстояния, разработанная для распределённых сетей телеметрии. • ISM - Стандарт связи для различных сфер применения • GSM - Глобальная система мобильной связи • DECT - Технология беспроводной связи на частотах 1880—1900 МГц
Стандартные частоты для беспроводных приложений
В зависимости от архитектуры микросхемы специального назначения она содержат функцию приема-передачи беспроводных данных (микросхема ASIC) или даже объединяет в себе микроконтроллер и обработку радиочастотных данных (микросхема SoC).
Микросхемы с радиочастотной обработкой сигнала требуют опорного тактового импульса в мегагерцовом диапазоне, а если микросхема с микроконтроллером, может дополнительно потребуется часовой резонатор. Этот резонатор может использоваться для функций ожидания или хронометража микропроцессорной части SoC. В качестве опорного тактового сигнала для РЧ функции микросхем ASIC или SoC, в зависимости от поддерживаемого стандарта беспроводной связи, обычно используется одна из частот из списка, представленного ниже.
Требования к кристаллам в беспроводных приложениях
Как правило, радиочастотные (РЧ) схемы передают и принимают радиоволны в заданных узких полосах частот. Для того, чтобы избежать пересечения с другими полосами частот, а также для повышения чувствительности приема-передачи на большое расстояние, общая точность частоты может быть ограничена до нескольких десятков ppm. (1 ppm – это одна миллионная часть от заданной частоты)
В большинстве РЧ приемников или передатчиков обычно используются кварцы с AT-срезом с частотами от 13,560 МГц до 52,0 МГц, чтобы создать опорную частоту, которая используется для генерации частот приема-передачи на нескольких сотнях МГц или даже в ГГц диапазоне. Поскольку точность эталонной частоты на основе кристалла преобразуется в РЧ диапазон, к точности и стабильности частоты кварцевого резонатора, предъявляются строгие требования. Соответственно, строгие требования могут применяться к допустимым отклонениям частоты резонатора, стабильности частоты и отклонению частоты в процессе всего срока службы резонатора.
Кроме того, опорный тактовый сигнал, должен быть свободным от паразитных частот, которые могут вызвать нежелательную радиочастотную передачу на частотах, близких к фактической несущей частоте радиочастотной передачи.
Как уложиться в отклонение +/- 20ppm
Если нужно уложиться в 20ppm отклонения, это означает, что общая стабильность базовой тактовой частоты должна поддерживаться на уровне ниже 20ppm, включая все возможные отклонения: точность настройки при + 25 ° C, температурная стабильность частоты, старение резонатора и уход частоты из-за допустимого отклонения емкости нагрузки. Это является непростой задачей при использовании резонаторов.
Некоторые РЧ микросхемы предоставляют возможность компенсировать: точность настройки при + 25 ° C и уход частоты из-за допуска по нагрузочной емкости. Можно применить два метода компенсации частоты: 1) точная подстройка синтезатора частоты, который генерирует радиочастотный сигнал на основе кварцевого резонатора; 2) подстройка емкости встроенного в резонатор нагрузочного конденсатора. Чтобы выбрать правильный метод, нужно посмотреть информацию в спецификации микросхемы, там должно быть указано, какой метод частотной компенсации рекомендуется производителем
Производители: