Berita PCB - Lima cabaran untuk ujian IoT

Dalam beberapa tahun berikutnya, kemajuan dalam AI, 5G, IoT, dan automatasi industri (IIoT) akan mempercepat kecepatan perubahan industri dan inovasi. Pelbagai sensor IoT di seluruh industri akan digunakan untuk pemindahan data automatik dan kawalan peranti jauh. Dalam era Internet segala-galanya, sambungan akan menjadi tempat biasa. Sehingga 2020, Gartner meramalkan bahawa lebih dari 20 bilion peranti IoT akan digunakan.2019 adalah titik permulaan baru untuk penggunaan komersial 5G. Bergabung dengan peranti IoT, lebar band meningkat, kelajuan lebih cepat dan kelemahan lebih rendah 5G akan membawa aplikasi yang dahulu dianggap mustahil. Internet Perkara akan terus menerobos ke industri berbilang, seperti penghasilan PCB, pengangkutan, perubatan, pengguna, dll.Bila kecepatan inovasi mempercepat, jurutera, perancang, penyedia dan penghasil akan menghadapi tekanan yang lebih cepat ke pasar. Untuk peranti IoT, setiap generasi produk perlu lebih kecil, lebih kuat, lebih mudah untuk dikonfigur, dan menggunakan kekuatan kurang daripada rancangan sebelumnya. Kerana banyak peranti IoT berkuasa bateri, penyimpanan tenaga adalah penting. Komponen tenaga rendah mesti digunakan, dan komponen ini mesti dimatikan bila tidak digunakan. Untuk optimum kehidupan bateri, komponen mesti diuji di bawah skenario realistik dan syarat untuk memastikan komponen yang betul dipilih untuk maksimumkan kehidupan peranti IoT.

Challenge 1-Power ManagementSince IoT devices are usually deployed remotely or in a mobile environment, most devices use batteries as their main power source. Memahami lengkung penggunaan kuasa peranti adalah kunci untuk memastikan kepercayaan maksimum dan prestasi selama hidup peranti.

Untuk mengukur keseluruhan penggunaan kuasa peranti IoT, ia mesti diukur dalam semua keadaan operasi yang biasanya ditemui. Oleh kerana peranti IoT direka untuk mengurangi konsumsi kuasa, ia mungkin hanya aktif untuk jangka waktu pendek, dan kebanyakan jangka hidup mereka dalam mod "tidur".

Untuk mengukur kurva penggunaan kuasa peranti dengan tepat dalam semua mod operasi, anda boleh menghadapi cabaran bagaimana menggunakan teknik pengukuran semasa biasa (seperti shunts, multimeter digital, DMMs, atau sond semasa). Dalam mod tidur, semasa mungkin berada dalam julat 'nA' atau 'uA'; dalam mod aktif, misalnya, bila menghantar data, semasa tiba-tiba boleh berubah ke julat "mA" kepada "A". Selain itu, puncak besar ini dalam permintaan semasa biasanya berlaku dalam masa mikrosaat, dan pertukaran kuasa mungkin lebih mencabar untuk beberapa alat ujian.

Walaupun ia boleh sangat tepat bila digunakan dalam persekitaran yang betul, disebabkan julat dinamik yang besar yang terlibat (shunts berbilang mungkin diperlukan), menggunakan shunts semasa untuk jenis pengukuran ini mungkin masalah. Walaupun shunts berbilang digunakan, ia mungkin perlu menguji mod aktif dan mod tidur secara terpisah, yang membuat ia sukar untuk mendapatkan kehilangan semasa sebenar. Selain itu, kerana titik tegangan yang ada, jika nilai yang terlalu besar dipilih untuk maksimumkan julat dinamik pengukuran, shunt sendiri mempunyai risiko untuk mempengaruhi peralatan ujian.

Challenge IoT 2-Signal and Power Integrity

Sirkuit terintegrasi isyarat-campuran sering digunakan dalam desain peranti IoT, termasuk sensor/MEMS, isyarat analog dan digital yang bekerja dengan konsumsi kuasa yang lebih rendah pada sirkuit terintegrasi yang sama, dan mereka sangat sensitif untuk saling bercakap. Rangkaian distribusi tenaga rendah biasanya mempunyai toleransi operasi yang sangat kecil, yang meningkatkan peluang gangguan dan bunyi pada keretapi tenaga, yang mungkin mempengaruhi jam dan data digital. Banyak peranti IoT memerlukan saluran isyarat kelajuan tinggi padat dalam struktur fizik kecil, yang meningkatkan risiko saling bercakap dan sambungan.

Guna prinsip reka integriti isyarat yang baik (jika boleh, guna topologi penghalaan isyarat titik-titik), kawal pengendalian jejak seluruh PDN dan sambungan, simpan panjang laluan kembali pendek dan kekal ruang yang cukup antara jejak sebelah Menurangi sambungan akan membantu mengurangi masalah integriti isyarat. Walaupun mematuhi prinsip rancangan yang baik seperti ini adalah penting untuk mencapai rancangan yang boleh dipercayai, ia juga penting untuk mempunyai kemampuan untuk mengukur sepenuhnya prestasi elektrik struktur yang membawa isyarat di seluruh peranti.

Penganalisis rangkaian vektor (VNA) adalah salah satu alat yang paling biasa digunakan untuk mengukur prestasi elektrik mana-mana garis sambungan atau transmisi. Ciri-ciri penting yang mempengaruhi integriti isyarat, seperti kerugian penyisihan, perlahan, refleksi, saling bercakap, lambat, dan pertukaran berbeza-kepada-mod-biasa, semua boleh diuji dengan VNA yang dikonfigur dengan betul untuk aplikasi. Selain itu, beberapa VNAs mempunyai kemampuan (biasanya melalui pilihan perisian) untuk melakukan pertukaran domain masa pengukuran s-parameter, yang akan memaparkan balas impuls saluran.

Regarding power integrity, the recently developed power rail probe facilitates ultra-low noise measurements on the power rail and is used in conjunction with an oscilloscope. Bergantung pada pembuat, ciri-ciri sond ini biasanya termasuk:

Sehingga ofset 60V untuk memastikan kereta kuasa telah dipindahkan sepenuhnya ke paparan osciloskop. Julat dinamik sampai 1V. Gigahertz beroperasi lebar band untuk memastikan bunyi frekuensi tinggi tidak akan dikesan. Nisbah penindasan 1:1 boleh mengurangkan bunyi sistem pengukuran.50kΩ impedance untuk mengurangkan muatan. Pilih alat yang betul untuk mengesan isu isyarat dan integriti kuasa adalah sangat penting untuk mengidentifikasi dan memecahkan penyebab prestasi buruk dan mengesahkan prestasi sebenar desain. VNAs, sond kereta api kuasa, dan osciloskop adalah beberapa alat yang membantu mencapai tujuan ini.

IoT Challenge 3-Wireless Standard CompatibilityWhether you are developing a device for short-distance connection via Zigbee or Wi-Fi, or a long-distance connection device via LoRa or LTE-M, the wireless protocol you choose will determine how your device connects and share data with the world The way.

Memastikan interoperabiliti dengan mengikut spesifikasi standar tanpa wayar adalah kunci untuk mencapai pengaruh pasar maksimum. Seperti pada EMI/EMC, ujian awal dalam siklus desain boleh membantu anda mengenalpasti isu-isu yang boleh menyebabkan lambat dan meningkatkan kos pembangunan desain sebelum fase kualifikasi.

Penjana isyarat vektor yang boleh menghasilkan isyarat yang sesuai dengan piawai dan penganalis spektrum/isyarat yang boleh memudulasi isyarat ini adalah alat ideal untuk menilai prestasi peranti berdasarkan piawai tanpa wayar yang dipilih.

IoT Challenge 4-EMI/EMC and Coexistence TestingWe can define EMC as a measure of whether a product performs as expected, and it will not hinder the ability of other products to perform as expected in a shared operating environment. EMI juga boleh ditakrif sebagai mana-mana tenaga elektromagnetik yang menghalang peranti dari melakukan seperti yang dijangka. Bila bilangan peranti komunikasi tanpa wayar terus berkembang secara eksponensial, bunyi elektromagnetik dalam persekitaran operasi meningkat sesuai dengan itu, dan risiko kegagalan prestasi disebabkan gangguan juga meningkat.

Walaupun penggunaan modul RF pra-disahkan membantu untuk mengurangi kemungkinan peralatan selesai gagal ujian persetujuan EMC peraturan, ia tidak menjamin bahawa produk akhir memenuhi keperluan yang berkaitan.

Menggunakan tindakan balas rekayasa EMI yang baik dari permulaan reka-reka dan menilai prestasi kesesuaian elektromagnetik sebenar peralatan sebelum fase ujian kesesuaian (ujian persesuaian awal) membantu menghindari reka-reka semula yang mahal dan lambat yang mempengaruhi masa ke pasar.

Di pasar peranti IoT, pasar peranti perubatan telah tumbuh dengan cepat dalam beberapa tahun terakhir. Peranti yang mampu menghantar tanda-tanda penting masa sebenar, sama ada tetap, boleh dipakai atau boleh dipindahkan, semakin umum dalam hospital dan persekitaran rawatan rumah. Seperti peranti IoT lain, peranti perubatan juga boleh menjadi sumber dan penerima gangguan dalam persekitaran operasi. Namun, mengingat penggunaan mereka untuk menyediakan perkhidmatan perubatan, jika mereka gagal beroperasi seperti yang dijangka, mereka mungkin menyebabkan konsekuensi yang mengancam kehidupan.

Kerana fungsi kunci peranti tanpa wayar ini, ujian persatuan telah menjadi sebahagian penting daripada proses reka peranti perubatan IoT. IEEE/ANSI C63.27 adalah salah satu daripada piawai ini, yang mengelilingi prosedur ujian dan kaedah untuk mengesahkan kemampuan peranti tanpa wayar untuk bersamaan dengan perkhidmatan tanpa wayar lain yang berfungsi dalam band frekuensi RF yang sama. AAMI TIR69 adalah piawai lain yang menyediakan petunjuk untuk peranti perubatan dan bagaimana untuk menilai teknologi tanpa wayar berdasarkan bahaya berpotensi dalam persekitaran operasi (termasuk bahaya luaran yang tidak dikendalikan oleh pembuat).

Seperti ujian EMC, produk selesai mungkin dihantar ke agensi ujian kesesuaian untuk ujian akhir. Namun, ujian sambungan awal semasa proses desain boleh digunakan untuk menentukan toleransi peranti kepada isyarat radio lain dan memastikan aras operasi yang diterima boleh dicapai. Jika isu prestasi ditemukan awal, teknik penerbangan boleh digunakan dan prestasi boleh diuji semula sebelum rancangan akhir ditetapkan.

Penganalisis spektrum/isyarat adalah peralatan ujian kunci untuk ujian awal-persetujuan EMC dan ujian sambungan. Walaupun ujian EMC lengkap memerlukan penerima EMI yang serasi sepenuhnya, banyak penganalisis modern boleh dilengkapi dengan pakej perisian untuk membantu memudahkan ujian prakompatibilitas emisi radiasi dan dilakukan, termasuk lebar bandu, pengesan, dan lebar bandu yang serasi CISPR dan MIL-STD. Praset band frekuensi, serta garis had bagi had piawai EMC yang dikenali secara antarabangsa, dan pilihan untuk mencipta had yang boleh dipilih-pengguna.

Ujian persatuan menggunakan penganalisis spektrum pada masa sebenar dan menggunakan penukar analog-ke-digital (ADC) kelajuan tinggi untuk secara terus-menerus sampel spektrum, kemudian menggunakan penukar Fourier (FFT) kelajuan pada masa sebenar untuk memaparkan paparan spektrum persekitaran RF di mana peralatan ujian ditemui. Penjana isyarat vektor juga digunakan untuk menghasilkan jenis isyarat yang ditemui dalam persekitaran operasi analog yang dijangka, seperti WiFi dan Bluetooth.

IoT Challenge 5-RF performance of wireless connections Although some IoT devices will use wired communications, most will rely on some form of wireless technology to gain access to the network. Apabila memutuskan bagaimana untuk melaksanakan komunikasi tanpa wayar yang terbaik, perancang peranti IoT menghadapi banyak keputusan. Yang paling penting ialah menentukan teknologi komunikasi tanpa wayar dan protokol mana yang hendak digunakan (WiMax, Wi-Fi, Zigbee, BLE, LoRa, Z-Wave dan NB-IoT, dll.)-dan sama ada hendak menggunakan modul RF tanpa wayar prefabrik atau rancangan dalaman PCB.

Tidak peduli bagaimana untuk menyelesaikan masalah desain ini, prestasi komunikasi RF mesti diuji dalam keadaan sebenar menggunakan peralatan yang sesuai untuk tugas. Beberapa ujian umum termasuk:

Penganalisis spektrum/penganalisis isyarat biasanya alat pilihan untuk pengukuran penghantar, sementara generator isyarat biasanya digunakan untuk menghasilkan isyarat yang diukur oleh penerima, dan penganalisis rangkaian biasanya digunakan untuk pengukuran antena.

Banyak generator isyarat modern dan analisis isyarat menyediakan sokongan aplikasi perisian untuk standar komunikasi tanpa wayar yang paling umum dilaksanakan dalam peranti IoT. Ia boleh menghasilkan bentuk gelombang berdasarkan piawai, dan boleh menggunakan aplikasi pengukuran yang berjalan pada peralatan ujian sendiri atau pada PC dengan kawalan jauh untuk menganalisis isyarat ujian. Jika sambungan tanpa wayar anda menggunakan desain suai, terdapat beberapa aplikasi yang mungkin membantu anda.

dalam kesimpulan Dengan pembangunan teknologi baru dan evolusi standar ujian, inovasi di Internet perkara-perkara, robotik awan dan automatisi terus berkembang, dan permintaan untuk ujian dan pengesahan juga akan meningkat, terutama yang ada yang perlu dihadapkan untuk menyokong pengurusan kuasa. Dan cabaran masa depan. Semua teknologi baru ini memerlukan kuasa dan pengesahan. Mengurus kuasa peranti IoT adalah tugas yang mencabar, kerana walaupun dalam persekitaran yang paling mencabar, peranti ini mesti sentiasa diaktifkan dan dijalankan dengan kapasitas penuh.