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万物互联 解决物联网测试的五大挑战


  来源: 益莱储 时间:2019-12-12 编辑:清风
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在未来几年,AI、5G、IoT和工业自动化(IIoT)的进步将加快行业变革和创新的步伐。跨行业的各种物联网传感器将用于自动数据传输和远程设备控制。在万物互联的时代,连接将变得司空见惯,到2020年,Gartner预计将有超过200亿台物联网设备投入使用。


2019年是5G商用新起点,结合物联网设备,5G增加的带宽、更快的速度和更低的延迟将带来以前被认为不可能的应用,物联网将持续向多个产业深入渗透,如制造业、运输业、医疗行业、消费领域等。


随着创新步伐的加快,工程师、设计师、供应商和制造商将面临更快的上市压力。对于物联网设备,每代产品都需要更小、更强大、更易于配置,并且比以前的设计使用更少的功率。由于许多物联网设备都是由电池供电的,节能至关重要,必须使用低功率组件,并且不使用时要确保这些组件断电。为了优化电池寿命,组件必须在现实的场景和条件下进行测试,以确保选择正确的组件以最大限度地延长物联网设备的寿命。


物联网挑战#1-电源管理


由于物联网设备通常是远程部署或在移动环境中部署,因此大多数设备都会使用电池作为主要电源。了解设备的功耗曲线,是确保设备使用寿命期间最大可靠性和性能的关键。


为了完全表征物联网设备的功耗,必须在通常遇到的所有操作条件下进行测量。由于物联网设备旨在最大限度地降低功耗,因此它们可能仅在短时间内处于活动状态,其大部分使用寿命都处于“睡眠”模式。


在所有工作模式下精确测量器件的功耗曲线,可能会遇到如何使用常用电流测量技术(如分流器、数字万用表DMM或电流探头)的挑战。在睡眠模式下,电流可能处于'nA'或'uA'范围内;在激活模式下,例如在传输数据时,电流可能会突然变为“mA”到“A”范围。此外,当前需求中的这些较大的峰值通常在微秒内发生,功耗转换对于某些测试仪器来说可能具有较大挑战性。


虽然它们在正确的环境中使用时能够非常精确,但是由于涉及到较大的动态范围(可能需要多个分流器),将当前分流器用于此类测量可能存在问题。即使使用多个分流器,也可能需要分别测试激活模式和睡眠模式,这就很难获得电流流失的真实情况。此外,由于固有的电压下降,如果选择过大的值来最大限度地测量动态范围,分流器本身就有冲击测试设备的风险。


物联网挑战#2-信号和电源完整性


物联网设备设计中经常使用混合信号集成电路,其中包括传感器/MEMS,同一集成电路上以较低功耗工作的模拟和数字信号,它们对串音非常敏感。低功率分配网络通常具有非常小的工作容差,这增加了电源轨上的纹波和噪声干扰,可能会对时钟和数字数据产生不利影响的机会。许多物联网设备都要求在很小的物理结构中高速信号通道密集,这就增加了串扰和耦合的风险。


使用良好的信号完整性设计原理(如可能的话,采用点对点信号路由拓扑),控制整个PDN和互连中的走线阻抗,保持返回路径长度短以及在相邻走线之间保持足够的空间以减少耦合,都有助于缓解信号诚信问题。尽管遵守诸如此类的良好设计原则对于实现可靠的设计至关重要,但具有全面表征在整个设备中承载信号的结构的电气性能的能力也至关重要。


矢量网络分析仪(VNA)是表征任何互连线或传输线电性能的最常用工具之一。影响信号完整性的重要特性,如插入损耗、衰减、反射、串扰、延迟以及差分到共模转换,都可以通过为应用程序正确配置的VNA进行评估。此外,一些VNA有能力(通常通过软件选项)对s参数测量执行时域转换,该转换将显示通道的脉冲响应。

关于电源完整性,最近开发的电源轨探头有助于在电源轨上进行超低噪音测量,它连同示波器一起使用。根据制造商的不同,这些探头的特点一般包括:


高达60V的偏移,以确保电源轨完全移位到示波器显示屏上。

动态范围高达1V。

Gigahertz运行带宽以确保高频噪声不会被检测到。

1:1衰减比,可降低测量系统噪音。

50kΩ阻抗,以减少负载。


选择合适的工具来检测信号和电源完整性问题,对于充分识别和解决性能不佳的原因以及验证设计的真实性能非常重要。VNA、电源轨探头和示波器只是帮助实现这一目标的一些工具。


物联网挑战#3-无线标准兼容性


无论您正在开发通过Zigbee或Wi-Fi进行近距离连接的设备,还是通过LoRa或LTE-M进行长距离连接设备,您所选择的无线协议将决定您的设备连接的方式,以及与世界共享数据的方式。


通过遵循无线标准的规范来确保互操作性是实现最大市场影响力的关键。与EMI/EMC一样,在设计周期的早期进行测试可以帮助您识别可能导致延迟的问题,并在资格验证阶段之前增加开发设计的成本。


关键词:物联网 测试仪器 传感器    浏览量:421

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