设计窄带物联网

大多数低功耗芯片设计的假设可以充电或更换电池,但有一整套的物联网设备正在开发,预计将不间断,在蜂窝通信基础设施,并保持功能在一个仅仅需要10年以上锂离子电池。

欢迎来到这个世界的窄带物联网(NB-IoT), 3 gpp标准(也称为Cat-NB1和Cat-NB2)以减少带宽和更严格的能耗要求。的主要目标是促进集成通信IP在SoC单片机,包括基带和射频收发器。这是不同的比传统的细胞实现3 g、4 g和5 g,这通常会消耗更多的功率和目标不同的硅工艺节点。

3 gpp标准定义了几个用例基于通信每2小时/每天一次的频率,和数据带宽50字节/ 200字节。5 wh的期望,电池,电池寿命是10年的所有用例组合。的标准还定义了新的权力模式扩展备用,节电模式(PSM),以及网络同步时间间隔延长,延长不连续接收模式(eDRX)。

“对窄带物联网,以及有竞争力的技术,这都是低功率低你可能得到它,尤其是在极低的功率,当你睡着了,”杰拉德•安德鲁斯说,产品营销总监音频/语音IP节奏。“其中许多调制解调器将不活跃的很长一段时间,和一些事件将触发,火起来,然后通过手机网络发送了数据到数据记录或数据报告。所以很大一部分是你可以使用多少能量,当你睡着了。最终将决定所有权的总成本,以及其他一些问题,包括多长时间你必须服务改变电池的调制解调器。它真的可以归结为低功率从设计的角度来看。”

营销主管哈基姆Jaafar无线微控制器意法半导体表示同意。“NB-IoT,它强调低功耗/电池寿命长,成本低/高连接密度,为许多工业应用提供了一个强大的技术和圣正在与合作伙伴密切合作,确保适当的产品可以满足客户的需要和需求。”

为了满足这些严格的能耗目标,设计师需要重新考虑传统的通信架构。

“传统LTE调制解调器的硬件和软件体系结构包含多个dsp、几个硬件加速器,控制核心,多个OSs,堆栈,等等,来管理计算密集型协议和高速率宽带要求LTE调制解调器,”柯林斯说丰富,产品营销经理IP子系统Synopsys对此。“试图减少这种类型的实现支持NB-IoT并不产生电力,area-efficient解决方案。更灵活的NB-IoT现代基于小,低功耗CPU / DSP处理器,几个有针对性的硬件加速器,专用电源管理硬件和之间的紧密集成基带和射频收发器可以帮助实现所需的功率和面积的目标。”

其他的设计考虑
低功耗处理器必须提供优秀的代码密度和一个高效的实现软件栈,这样可以保持小的内存大小。如果内存占用足够小,可以避免DRAM芯片外,保持系统降低成本。小代码大小实现低功耗也很重要,特别是通过减少访问指令内存的数量,柯林斯说。

其中最NB-IoT调制解调器的计算密集型部分是下行的解码数据,利用维特比算法。现代设计中,通常是一个瓶颈。维特比算法的软件实现一个通用的CPU / DSP处理器提供了有限的性能改进。相比之下,增加小,低功耗硬件加速可以显著降低的MHz要求维特比解码在纯软件实现,他说。

除了硬件IP决定,重要的是设计师灵活电力领域到基带和射频解决方案以减少元素的数量在NB-IoT需要不间断的调制解调器。这包括诸如数据保留,时钟和电源管理。理想的解决方案涉及多个可编程电源域为基带和射频收发器。

这些调制解调器通常使用蜂窝网络。让他们认证和测试,这样他们就可以被部署在运营商网络并非一项简单的任务。

“一个巨大的障碍,这是一个很大的投资进入市场,“节奏的安德鲁斯说。“如果你成功,得到认证的AT&T, t - Mobile,和中国移动等,那么你与其他的人竞争已经使它在这个巨大的障碍首先,低功率的事情结束。之后,你可能会有一些增值的事情在你的调制解调器等方式与特定的传感器,或者你留一些处理能力对最终用户开发他们的应用程序开放。”

此外,这些设备预计将有一个很长的寿命,这需要他们功能可靠更长时间比典型的芯片设计,营销总监保罗•希尔说Adesto技术。

”与此同时,窄带,你得到更大的访问遗留2 g和3 g等技术,成为一个低成本的无线介质,特别是对于low-data-rate设备,”希尔说。“应用包括行李追踪器和行李安全标签,这在世界任何地方通过窄带接口连接,而不必依赖于手机通过蓝牙连接到另一个手机,并通过云复制。窄带绝对是一种新兴技术,将爆炸一旦连接更多的免费。”

在一天结束的时候,在连接技术作为一个整体,包括窄带,无论是蓝牙,无线网络,无线个域网或否则,在每一个领域,人们正变得非常权力意识。

“几乎所有的这些设备——特别是窄带——电池驱动,依靠小按钮细胞,”希尔说。“电子产品不再允许建造像乐高玩具,你只是构件连接在一起。每个人都必须了解多长时间可以运行在一个电池,电池的限制,启动电流可以吸引多少,多少编程的提高当前可以使用,待机时间有可能多少设备将与多少活跃的时间,以及其他注意事项。所有这些因素加起来和影响力的能量消耗。”

未来
除此之外,有一个关心这些电池,多少需要锂和锂一次电池如何处理死。这就变成了一个绿色的问题,这对芯片和系统设计具有广泛的影响。

”COVID,我们看到在过去六到八周,环保主义者说,“看看天空。看如何成为明确的海洋,”希尔说。“这是都需要更环保的燃料,这影响我们消耗多少电力。如果我们必须使用电池,我们可以使电池持续多久?我们能使用更环保的电池呢?所有这些功耗会传导到下一代产品。”

相关文章
优化现代解决方案以满足物联网嵌入式窄带物联网连接挑战
降低的实现复杂度低成本、低功耗的广域通信为嵌入式物联网设备。
5 g测试和部署
测试将如何改变下一代无线发展向更高频率。
Narrowband-IoT的理由(2017条)
IP、现有的LTE网络软件子模块——5美元。