【導(dǎo)讀】工業(yè)4.0或智能工業(yè)被譽(yù)為一場(chǎng)新的工業(yè)革命，其中現(xiàn)有系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)在一起以創(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)從手工制品到蒸汽驅(qū)動(dòng)的大規(guī)模制造的轉(zhuǎn)變。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，這些技術(shù)被視為工業(yè)4.0的基石。通過(guò)增加對(duì)嵌入式系統(tǒng)的連接，從工廠車間到客戶使用的產(chǎn)品，并實(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)化制造過(guò)程，還可以促進(jìn)更好的業(yè)務(wù)決策，并為新型業(yè)務(wù)開(kāi)辟道路。
工業(yè)4.0或智能工業(yè)被譽(yù)為一場(chǎng)新的工業(yè)革命，其中現(xiàn)有系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)在一起以創(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)從手工制品到蒸汽驅(qū)動(dòng)的大規(guī)模制造的轉(zhuǎn)變。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，這些技術(shù)被視為工業(yè)4.0的基石。通過(guò)增加對(duì)嵌入式系統(tǒng)的連接，從工廠車間到客戶使用的產(chǎn)品，并實(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)化制造過(guò)程，還可以促進(jìn)更好的業(yè)務(wù)決策，并為新型業(yè)務(wù)開(kāi)辟道路。
工業(yè)4.0的基礎(chǔ)是可靠的通信基礎(chǔ)設(shè)施。此基礎(chǔ)結(jié)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)告所指出的那樣，正是網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致了“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，全面和高質(zhì)量的通信網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)4.0的關(guān)鍵要求。
Sub-GHz無(wú)線連接已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)公用事業(yè)計(jì)量和遙感，例如結(jié)構(gòu)監(jiān)控。無(wú)線設(shè)備（通常由電池供電）使用傳感器來(lái)測(cè)量和量化物理世界，并將此數(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)送到云進(jìn)行聚合和處理。無(wú)線解決方案正在工廠自動(dòng)化領(lǐng)域取得進(jìn)展，預(yù)計(jì)無(wú)線設(shè)備的出貨量將增加，以滿足土木工程、農(nóng)業(yè)和環(huán)境以及能源生產(chǎn)和分配的要求。
在設(shè)計(jì)無(wú)線系統(tǒng)時(shí)，工程師會(huì)考慮許多因素。正如每個(gè)工程師都會(huì)從弗里斯的傳輸方程中回憶起增加范圍一樣，可以更改許多參數(shù)，例如增加發(fā)射功率或接收靈敏度或兩者兼而有之。然而，法規(guī)限制了最大發(fā)射功率，高功率天線和外部LNA等組件可能會(huì)大大增加系統(tǒng)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，僅憑敏感性并不能說(shuō)明全部情況。
對(duì)于工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的連接，可靠的無(wú)線電連接至關(guān)重要。在日益惡劣的射頻環(huán)境中，保持可靠的通信可能是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，尤其是在工業(yè)領(lǐng)域。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)線電頻段的用戶數(shù)量不斷增加，部署了數(shù)億臺(tái)活動(dòng)設(shè)備。這些無(wú)線電必須應(yīng)對(duì)幾個(gè)潛在的干擾源，從無(wú)意的RF輻射器到可能在同一頻段工作的其他有源RF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)干擾源的彈性是非?？扇〉摹Ｋ梢詼p少所需的轉(zhuǎn)發(fā)器節(jié)點(diǎn)數(shù)，并為每個(gè)網(wǎng)關(guān)啟用更多終結(jié)點(diǎn)。這樣可以實(shí)現(xiàn)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)線電連接，丟失的數(shù)據(jù)包更少，從而減少數(shù)據(jù)包重傳，使系統(tǒng)整體更高效。
為了了解接收器的性能，我們必須轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)手冊(cè)并檢查選擇性和阻塞數(shù)據(jù)。對(duì)于無(wú)線電接收器，RF選擇性是其區(qū)分所需信號(hào)與在其他信道中傳輸?shù)牟恍枰男盘?hào)源的能力。相鄰信道抑制（ACR） 描述了當(dāng)干擾信號(hào)在間隔小于或大于一個(gè)通道的信道中處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，接收器在一個(gè)信道中接收所需信號(hào)的能力。備用通道是從相鄰?fù)ǖ乐幸瞥粋€(gè)通道。抑制越大，接收器在存在干擾源時(shí)的性能越好。阻塞是指遠(yuǎn)離接收器頻段的干擾源。即使相距幾MHz，高功率干擾源也會(huì)降低通信質(zhì)量并導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失。
實(shí)現(xiàn)良好的阻塞和選擇性數(shù)據(jù)的一個(gè)要素是降低RF系統(tǒng)中的相位噪聲。相位噪聲，即信號(hào)中短期相位波動(dòng)引入的噪聲，可以看作是從頻域中所需信號(hào)擴(kuò)散出去的邊帶。相位噪聲通常相對(duì)于載波進(jìn)行測(cè)量，單位為dBc/Hz，即1 Hz帶寬內(nèi)與載波有指定偏移時(shí)的噪聲功率。如圖1所示，這種噪聲會(huì)影響倒易混頻，并會(huì)提高本底噪聲，從而降低接收機(jī)性能。在接收器中，當(dāng)所需信號(hào)下變頻到用于信號(hào)處理的中頻時(shí)，干擾源的尾部可能會(huì)混合，隨后無(wú)法濾除。
圖1.相位噪聲基本理論。
接收器的前端線性度會(huì)影響對(duì)附近高功率干擾源的彈性。對(duì)于低于1 GHz的無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)，這種干擾源可能是LTE。為了測(cè)量接收器中的線性度，我們轉(zhuǎn)向輸入三階截點(diǎn)（IIP3）。這是通過(guò)將兩個(gè)音調(diào)插入接收鏈并測(cè)量以輸入音調(diào)的頻率間隔3×出現(xiàn)的三階互調(diào)產(chǎn)物來(lái)測(cè)量的。
ADI公司的ADF7030-1旨在解決可靠連接的挑戰(zhàn)。ADF7030-1是一款sub-GHz、完全集成的無(wú)線電收發(fā)器。它適用于在 169.4 MHz 至 169.6 MHz、426 MHz 至 470 MHz 和 863 MHz 至 960 MHz 的 ISM、SRD 和許可頻段內(nèi)運(yùn)行的應(yīng)用。它支持IEEE802.15.4g等基于標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，同時(shí)還提供了支持各種專有協(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。此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斷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)字通道濾波來(lái)消除接收鏈中的無(wú)用信號(hào)。利用這些技術(shù)，ADF7030-1能夠在±20 MHz失調(diào)時(shí)實(shí)現(xiàn)高達(dá)102 dB的阻塞和高達(dá)66 dB的相鄰?fù)ǖ酪种啤?/p>
為了在所有支持的信號(hào)帶寬和頻段內(nèi)保持高性能接收性能，ADF7030-1采用具有雙頻段LO路徑的可重新配置VLIF接收器架構(gòu)。這使得ADF7030-1能夠支持廣泛的應(yīng)用。
圖2.ADF7030-1 ACR 與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的比較。
ADF7030-1提供同類最佳的抑制性能，在最大接收器增益下具有–8.5 dBm的IIP3值。這使最終用戶有信心滿足法規(guī)要求，并消除了對(duì)SAW濾波器等昂貴外部組件的需求。此類標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)例子是具有 25 kHz 通道間隔的 ETSI 1 類。這需要60 dB相鄰?fù)ǖ酪种坪?4 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)新和引人注目的解決方案，以實(shí)現(xiàn)下一代互聯(lián)和智能設(shè)備。ADI公司在管理通信系統(tǒng)的實(shí)際環(huán)境影響方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位，50多年來(lái)一直致力于設(shè)計(jì)可靠的解決方案來(lái)連接物理世界和數(shù)字世界。確保穩(wěn)健可靠的通信是推出互聯(lián)世界以服務(wù)工業(yè)4.0所設(shè)想的物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)的關(guān)鍵。
(作者：Sean O’ Connell)
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