RF-modul

RF-modul (med en linjal för storleksreferens)

En RF-modul (förkortning för radiofrekvensmodul ) är en (vanligtvis) liten elektronisk enhet som används för att sända och/eller ta emot radiosignaler mellan två enheter. I ett inbyggt system är det ofta önskvärt att kommunicera trådlöst med en annan enhet . Denna trådlösa kommunikation kan åstadkommas genom optisk kommunikation eller genom radiofrekvenskommunikation (RF). För många applikationer är det valda mediet RF eftersom det inte kräver siktlinje. RF-kommunikation inkluderar en sändare och en mottagare . De är av olika slag och intervall. Vissa kan sända upp till 500 fot. tillverkas vanligtvis med RF CMOS -teknik.

RF-moduler används ofta i elektronisk design på grund av svårigheten att designa radiokretsar. Bra elektronisk radiodesign är notoriskt komplex på grund av radiokretsarnas känslighet och noggrannheten hos komponenter och layouter som krävs för att uppnå drift på en specifik frekvens. Dessutom kräver en pålitlig RF-kommunikationskrets noggrann övervakning av tillverkningsprocessen för att säkerställa att RF-prestandan inte påverkas negativt. Slutligen är radiokretsar vanligtvis föremål för begränsningar för utstrålade emissioner och kräver överensstämmelsetestning och certifiering av en standardiseringsorganisation som ETSI eller US Federal Communications Commission (FCC). Av dessa skäl kommer designingenjörer ofta att designa en krets för en applikation som kräver radiokommunikation och sedan "släppa in" en förtillverkad radiomodul snarare än att försöka en diskret design, vilket sparar tid och pengar på utveckling.

RF-moduler används oftast i medel- och lågvolymprodukter för konsumenttillämpningar som garageportöppnare, trådlösa larm- eller övervakningssystem, industriella fjärrkontroller , smarta sensorapplikationer och trådlösa hemautomationssystem . De används ibland för att ersätta äldre infraröd kommunikationsdesign eftersom de har fördelen att de inte kräver siktlinjedrift.

Flera bärfrekvenser används vanligtvis i kommersiellt tillgängliga RF-moduler, inklusive de i de industriella, vetenskapliga och medicinska (ISM) radiobanden såsom 433,92 MHz, 915 MHz och 2400 MHz. Dessa frekvenser används på grund av nationella och internationella bestämmelser som reglerar användningen av radio för kommunikation. Enheter med kort räckvidd kan också använda frekvenser som är tillgängliga för olicensierade såsom 315 MHz och 868 MHz.

RF-moduler kan överensstämma med ett definierat protokoll för RF-kommunikation som Zigbee , Bluetooth Low Energy eller Wi-Fi , eller så kan de implementera ett proprietärt protokoll .

Typer av RF-moduler

Termen RF-modul kan appliceras på många olika typer, former och storlekar av små elektroniska delkretskort . Det kan också appliceras på moduler med en enorm variation av funktionalitet och kapacitet. RF-moduler innehåller vanligtvis ett tryckt kretskort , sändnings- eller mottagningskrets, antenn och seriellt gränssnitt för kommunikation till värdprocessorn.

De flesta vanliga, välkända typerna täcks här:

Sändarmoduler

En RF-sändarmodul är en liten PCB-delenhet som kan sända en radiovåg och modulera den vågen för att överföra data. Sändarmoduler är vanligtvis implementerade tillsammans med en mikrokontroller som kommer att tillhandahålla data till modulen som kan överföras. RF-sändare är vanligtvis föremål för regulatoriska krav som dikterar den maximalt tillåtna sändareffekten , övertoner och bandkantkrav.

Mottagarmoduler

En RF-mottagarmodul tar emot den modulerade RF-signalen och demodulerar den. Det finns två typer av RF-mottagarmoduler: superheterodynmottagare och superregenerativa mottagare . Superregenerativa moduler är vanligtvis lågkostnads- och lågeffektdesigner som använder en serie förstärkare för att extrahera modulerad data från en bärvåg. Superregenerativa moduler är i allmänhet oprecisa eftersom deras driftfrekvens varierar avsevärt med temperatur och matningsspänning. [ citat behövs ] Superheterodyne-mottagare har en prestandafördel jämfört med superregenerativa; de erbjuder ökad noggrannhet och stabilitet över ett stort spännings- och temperaturområde. Denna stabilitet kommer från en fast kristalldesign som tidigare tenderade att betyda en jämförelsevis dyrare produkt. Emellertid innebär framsteg inom design av mottagarchips att det för närvarande är liten prisskillnad mellan superheterodyn och superregenerativa mottagarmoduler.

Transceiver moduler

En RF-sändtagaremodul innehåller både en sändare och mottagare. Kretsen är typiskt utformad för halvduplexdrift , även om fullduplexmoduler är tillgängliga, vanligtvis till en högre kostnad på grund av den extra komplexiteten.

System på en chip (SoC) modul

En SoC-modul är detsamma som en transceivermodul, men den är ofta gjord med en inbyggd mikrokontroller. Mikrokontrollern används vanligtvis för att hantera radiodatapaketering eller hantera ett protokoll som en IEEE 802.15.4-kompatibel modul . Denna typ av modul används vanligtvis för konstruktioner som kräver ytterligare bearbetning för överensstämmelse med ett protokoll när konstruktören inte vill införliva denna bearbetning i värdmikrokontrollern.

Värd mikrokontroller gränssnitt

RF-moduler kommunicerar vanligtvis med ett inbyggt system, såsom en mikrokontroller eller en mikroprocessor. Kommunikationsprotokollen inkluderar UART , som används i Digi Internationals X-Bee-moduler, Serial Peripheral Interface Bus som används i Anarens AIR-moduler och Universal Serial Bus som används i Roving Networks moduler. Även om modulen kan använda ett standardiserat protokoll för trådlös kommunikation, är de kommandon som skickas över mikrokontrollergränssnittet vanligtvis inte standardiserade eftersom varje leverantör har sitt eget proprietära kommunikationsformat. Hastigheten på mikrokontrollergränssnittet beror på hastigheten på det underliggande RF-protokollet som används: RF-protokoll med högre hastighet som Wi-Fi kräver ett seriellt höghastighetsgränssnitt som USB medan protokoll med en långsammare datahastighet som Bluetooth Low Energy kan använda ett UART-gränssnitt.

RF-signalmodulering

Det finns flera typer av digitala signalmoduleringsmetoder som vanligtvis används i RF-sändar- och mottagarmoduler:

Den detaljerade beskrivningen, fördelar och nackdelar finns listade i de länkade artiklarna ovan.

Huvudfaktorer som påverkar RF-modulens prestanda

Som med alla andra RF-enheter kommer prestandan hos en RF-modul att bero på ett antal faktorer. Till exempel, genom att öka sändareffekten, kommer ett större kommunikationsavstånd att uppnås. Detta kommer dock också att resultera i en högre strömförbrukning på sändarenheten, vilket kommer att orsaka kortare livslängd för batteridrivna enheter. Användning av en högre sändningseffekt kommer också att göra systemet mer benäget att störa andra RF-enheter, och kan faktiskt orsaka att enheten blir olaglig beroende på jurisdiktion. På motsvarande sätt kommer en ökning av mottagarens känslighet också att öka det effektiva kommunikationsräckvidden, men kommer också potentiellt att orsaka fel på grund av störningar från andra RF-enheter.

Prestandan hos det övergripande systemet kan förbättras genom att använda matchade antenner vid varje ände av kommunikationslänken, såsom de som beskrivits tidigare.

Slutligen mäts det märkta fjärravståndet för ett visst system normalt i en friluftskonfiguration utan störningar, men ofta kommer det att finnas hinder som väggar, golv eller tät konstruktion för att absorbera radiovågssignalerna, så Det effektiva driftavståndet kommer i de flesta praktiska fall att vara mindre än vad som anges.

Modul fysisk anslutning

Modulens fysiska anslutning: landnätsuppsättning, genomgående hål, och castellated boardlet (från vänster till höger)

En mängd olika metoder används för att fästa en RF-modul på ett kretskort , antingen med genomhålsteknik eller ytmonteringsteknik . Genomhålsteknik gör att modulen kan sättas in eller tas bort utan lödning. Ytmonteringsteknik gör att modulen kan fästas på kretskortet utan ytterligare monteringssteg. Ytmonterade anslutningar som används i RF-moduler inkluderar land grid array (LGA) och castellated pads. LGA-paketet tillåter små modulstorlekar eftersom kuddarna är alla under modulen men anslutningar måste röntgas för att verifiera anslutning. Castellated Holes möjliggör optisk inspektion av anslutningen men kommer att göra modulens fotavtryck fysiskt större för att rymma kuddarna.

Trådlösa protokoll som används i RF-moduler

RF-moduler, särskilt SoC-moduler, används ofta för att kommunicera enligt en fördefinierad trådlös standard, inklusive:

Men RF-moduler kommunicerar också ofta med hjälp av proprietära protokoll, som de som används i garageportöppnare.

Typiska Användningsområden

RF-modulcertifiering vid slutlig produktintegrering

Slutgiltig produktöverensstämmelse baserad på en integrerad, kompatibel RF-modul (som de flesta IoT-enheter idag) är ett vanligt missförstånd. En modul som uppfyller de väsentliga kraven i landets förordning ( FCC , CE , ICES , ANATEL etc.) täcker nästan aldrig slutprodukten. Detta betyder dock inte att fullständig överensstämmelsetestning krävs när en kompatibel RF-modul integreras. Att integrera en kompatibel modul har många fördelar.

RF-modulen är väsentlig i dagens konsumentprodukt men också bara en del av slutprodukten. Radiomoduler har utvecklats under åren. Inbyggda spänningsregulatorer försöker inbyggda antenner i allmänhet se till att radiofenomenen förblir desamma oavsett värd. Du kan referera till de flesta RF-spektrummätningar på modulär nivå för överensstämmelse när du testar och certifierar din produkt på ett ISO 17025 ackrediterat EMC, RF-laboratorium.

I slutändan är det slutprodukten som måste följa bestämmelserna. Aspekter som hälsa, säkerhet, strålningskänslighet kan inte täckas på modulär nivå.

externa länkar

  •   F. Egan, William (2003). Praktisk design av RF-system . Wiley-IEEE Press. ISBN 978-0-471-20023-9 .
  •   Fairall, John (2002). En introduktion till lågeffektsradio . RF Solutions Ltd. ISBN 978-0-9537231-0-2 .
Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=RF_module&oldid=1112562606 "