如今，市場被驅(qū)使在單個盒子中設(shè)計具有多個RF協(xié)議的產(chǎn)品，稱為網(wǎng)關(guān)。無線連接有許多不同的好處，它提供更好的用戶體驗和不同的協(xié)議，提供互補的優(yōu)勢。每個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都可以通過不同的協(xié)議與互聯(lián)網(wǎng)進行通信，無論是Zigbee，藍牙，Z波還是Sub-1 GHz，還是一些專有協(xié)議。多協(xié)議（無線電）網(wǎng)關(guān)在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施中起著至關(guān)重要的作用，因為它們從傳感器場收集數(shù)據(jù)，并通過Wi-Fi，蜂窩或其他有線和無線網(wǎng)絡(luò)將其推送到互聯(lián)網(wǎng)上。

多射頻和多協(xié)議解決方案的組合適用于兩個或多個無線電，它們同時在相同或不同頻譜上運行不同的多個協(xié)議。這種方法通過利用不同的協(xié)議來利用更有效和可靠的數(shù)據(jù)流。因此，最終用戶可以充分利用，因為他們能夠通過單個單元連接在不同RF頻段和協(xié)議上運行的多個設(shè)備。

設(shè)計多協(xié)議緊湊型射頻硬件面臨的主要挑戰(zhàn)

多協(xié)議硬件的出現(xiàn)是對最近多種不同通信協(xié)議普及的回應(yīng)。因此，OEM在設(shè)計多無線電硬件時面臨著一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)：

多射頻硬件在天線選擇、放置、仿真、內(nèi)存估算、外殼設(shè)計、材料和現(xiàn)場測試方面需要花費大量時間

控制精確的阻抗，以減少共置無線電之間的干擾、回波損耗和共存，使其符合 FCC 和 CE 等管理機構(gòu)的要求

如果有兩個或多個無線電并發(fā)運行并共享相同的頻譜，那么將存在共存，這可能導(dǎo)致相互干擾

測量性能參數(shù)，如多射頻硬件的通信延遲、范圍、效率和可靠性

共存往往會影響設(shè)備的性能，這可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失或數(shù)據(jù)損壞，音頻中彈出和噼啪作響的噪音，減小工作范圍和覆蓋范圍

由于標準適用性不同，當多無線電硬件進入畫面時，不同地理區(qū)域的法規(guī)遵從性也將具有挑戰(zhàn)性

為多射頻硬件開發(fā)固件時要考慮的事項

當今的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用正變得越來越復(fù)雜，它增加了對內(nèi)存容量的需求。讓我們了解內(nèi)存和固件附帶的硬件工程解決方案中的挑戰(zhàn)：

開發(fā)用戶友好且靈活的嵌入式應(yīng)用需要復(fù)雜的狀態(tài)機、出色的功耗優(yōu)化、內(nèi)存密度和 CPU 性能。RF SoC 或模塊需要更多的閃存和 RAM 優(yōu)化才能獲得最佳性能

提供無線 （OTA） 固件更新功能需要足夠的閃存來存儲 Bootloader，并且需要兩倍于應(yīng)用程序固件的大小，以便在產(chǎn)品要在當今蓬勃發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)市場中具有競爭力時保持舊固件，同時緩沖新固件

實時管理具有各種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的多個無線電，而不會降低性能

在沒有電源的情況下，閃存還可以將用戶配置和安全密鑰內(nèi)容保留多年，因為閃存中的信息在產(chǎn)品生命周期中可以讀取和寫入數(shù)千次。在這種情況下，利用RAM信息可以快速寫入讀取，這使得處理器能夠以如此高的速度工作并實現(xiàn)邊緣處理

基于上述挑戰(zhàn)，讓我們舉一個小例子，一個復(fù)雜的可穿戴/傳感器/自動化應(yīng)用可能需要RF模塊提供的128 kB RAM和512 kB閃存。一個相對簡單的信標應(yīng)用程序可能只需要24 kB RAM和192 kB閃存。

最佳實踐是否有助于克服硬件和固件挑戰(zhàn)？

為了解決上述多射頻硬件、內(nèi)存和固件挑戰(zhàn)，讓我們了解如何利用其硬件專業(yè)知識來覆蓋 OEM 的痛苦領(lǐng)域，從而有助于提高產(chǎn)品的整體性能。

標準方法從產(chǎn)品對所有RF要求和其他外圍設(shè)備的理解開始，列出所有RF接口協(xié)議頻率，然后執(zhí)行模塊/ SoC選擇等任務(wù)，相對天線選擇，識別外殼及其材料，模塊的位置及其天線。PCB設(shè)計的早期階段將進行2D平面規(guī)劃，這有助于詳細了解所有RF模塊和參數(shù)的實際位置：

模塊/網(wǎng)絡(luò)芯片選擇：選擇標準包括 RF 協(xié)議、調(diào)制技術(shù)、制造商、基于驅(qū)動程序代碼可用性的 MCU/處理器要求、RAM、閃存、操作系統(tǒng)、監(jiān)管認證、最大 Tx 輸出功率、接收器靈敏度、電源和數(shù)據(jù)速率，以提供顯著的性能

內(nèi)存預(yù)算：內(nèi)存預(yù)算對于任何RF模塊來說都是一個非常重要的參數(shù)，它純粹基于RF堆棧大小，對設(shè)備數(shù)量的支持以及應(yīng)用程序業(yè)務(wù)邏輯來定義或計算。在最終確定模塊/ SoC之前，應(yīng)仔細計算并明確與內(nèi)存相關(guān)的要求

天線選擇和放置：天線選擇是多射頻硬件中最關(guān)鍵的因素，因為選擇取決于頻率范圍、極化、輻射方向圖、增益、饋電點阻抗、VSWR和功率處理能力用例，如范圍覆蓋和空間。例如，芯片天線 vs PCB 走線天線 vs 外部天線

為了減少2個相同頻率模塊之間的共存和干擾，天線放置起著至關(guān)重要的作用。在這種情況下，天線應(yīng)彼此垂直放置。我們正試圖根據(jù)法規(guī)要求在2 RF之間進行適當?shù)母綦x，2個天線之間的隔離應(yīng)等于或大于30 dB。有時，由于空間限制，不可能實現(xiàn)這樣的隔離，在這個框架內(nèi)，我們需要處理所有RF天線的干擾和輻射方向圖。我們還需要根據(jù)應(yīng)用需求和性能來研究RF模塊/SoC的發(fā)射功率。

射頻模擬：仿真是在產(chǎn)品開發(fā)早期階段預(yù)測無線電問題的有效策略。有多個模擬器軟件，如HFSS，CST，ADS等，應(yīng)根據(jù)問題類型明智地使用。Volansys等公司幫助執(zhí)行早期天線仿真，從而在天線放置位置、范圍改進和RF路徑調(diào)諧（如果由于外殼材料導(dǎo)致任何頻率偏移）方面提供結(jié)果和信心

外殼設(shè)計及其材料：為了達到最佳效果，請嘗試使用可以平衡環(huán)境，可靠性和RF性能需求的材料最終確定塑料外殼。有時，由于已經(jīng)預(yù)定義的尺寸和結(jié)構(gòu)，COTS外殼可能會導(dǎo)致放置挑戰(zhàn)，而在定制設(shè)計中，我們可以靈活地進行PCB放置，并且可以獲得更好的隔離和天線放置選項。外殼材料的介電常數(shù)/介電常數(shù)選擇在射頻性能中起著至關(guān)重要的作用。一些在2.4GHz下良好的塑料材料是聚碳酸酯，聚碳氫，聚碳酸酯+聚氯乙烯。有時我們需要為戶外和工業(yè)應(yīng)用選擇金屬外殼，在這種情況下，選擇外部天線將是關(guān)鍵點。

設(shè)計驗證測試：RF接口的設(shè)計驗證非常重要。需要定義一組驗證測試用例，如天線匹配阻抗和回波損耗、RF輸出功率測量、接收靈敏度、室內(nèi)和室外范圍測試、流量大的情況下最壞情況下的RF環(huán)境，并使用分析儀進行監(jiān)控。要執(zhí)行一些驗證測試，需要VNA，頻譜分析儀，DSO和RF室類型的實驗室儀器。

審核編輯：郭婷