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如何最大程度的降低无线工业控制系统中的干扰影响

电子设计 2019-03-15 08:05 次阅读
无线控制无疑为工业系统带来了巨大优势,然而随之而来的一些关键挑战也急需克服。 本文审视高可靠性业控制系统所面临的极具挑战性的干扰,以及 Decawave、Linx Technologies、Digi 和 Atmel 的各种收发器器件和模块所采用的不同频率和无线协议。 有许多不同的方法可以最大程度地降低用于工业自动化的无线控制系统中的干扰。 设计人员可以通过权衡链路预算、距离、频率和协议,以尽可能获取最可靠的无线链路。 干扰来源十分广泛,可能来自宽带电气噪声,也可能来自其他附近运作的无线系统。 协议是优化链路的一种方式,用码分复用 (CDMA) 方法将丢失符号的影响降至最低。 现在,通常会增加前向纠错和循环冗余检查 (CRC) 功能来保持数据完整性,但它们会占用有效载荷中宝贵的字节数。 扩频和跳频技术也被用来尽可能降低干扰。 在某一频率范围内扩展信号可进一步降低任意一个频率干扰的影响。 或者链路可以检测问题,并自动转移到另一个频带,以避免跳频方案中的干扰。 与此同时,设计者可以权衡通过这些技术实现的距离(对于某些系统最多可以达到 12 km),以在工厂内实现更高的链路预算,提高对其他信号的抗干扰性。  所有这些技术都对所使用的频谱具有连锁反应。 Sub-GHz 868 MHz 和 902 MHz 频带拥塞了许多不同类型的链路,这意味着扩频或跳频根本不可行,而 2.4 GHz 频带不仅包含低功耗的 ZigBee 协议,还需为 Wi-Fi 和蓝牙提供空间,也需要消除来自微波炉及其他工业系统的常见干扰。 在此举例说明一项挑战:只有少数的 ZigBee 通道不与 Wi-Fi 重叠(通道 15、20、25 和 26),因此干扰可忽略不计,而其余的每个 Wi-Fi 通道都有四个重叠 ZigBee 通道。 PER(分组差错率)的降低与干扰源和接收器之间的距离以及中心频率差(干扰源和接收器之间)有密切的关系,让使用 2.4GHz 频带的系统设计者面临巨大挑战。 Decawave 不是直接去消除干扰,而是结合使用 3.5 GHz 至 6.5 GHz 频带和超宽带协议,实现更高的数据速率,从而提高抗干扰性。 DecaWave 的 DW1000 芯片是一种完整的单芯片 CMOS 超宽带 IC,基于 IEEE802.15.4-2011 标准。 它是 ScenSor(寻找控制执行网络检测服从回应)部件系列的第一款产品,在 110 kbps、850 kbps 和 6.8 Mbps 的数据速率下工作,并且由于更高的频率,也可以在室内外定位带标签的物体,精度达 10 cm。 如何最大程度的降低无线工业控制系统中的干扰影响 图 1:DW1000 收发器框图。 本技术不仅可实现高可靠性链路以进行精确室内定位,还为工厂自动化提供可靠通信,特别是在偏远或难以接近的位置。 由于 DW1000 允许同时进行精准的时间测量和数据通信,所以在实时定位系统 (RTLS)、室内定位系统以及物联网和无线传感器网络的开发过程中,它的应用十分广泛。 工厂自动化设备供应商可以将该技术融入自动化和监控工具,位置精度达 10 cm,而 Wi-Fi RTLS 的位置精度为 3 至 5 m。 由于使用的频率更高,因此数据速率高达 6.8 Mbit/s,而 ZigBee 和 Wi-Fi 的数据速率分别只有 250 kbit/s 和 1 Mbit/s。 所采用的协议为 802.15.4a 标准,组合使用突发位置调制 (BPM) 和二进制相移键控 (BPSK)。 BPM-BPSK 组合用于调制符号,每个符号由一连串超宽带脉冲组成,可以增强在任一特定频率下的抗干扰能力。 该芯片还组合六通道频分多址 (FDMA) 与码分多址 (CDMA) 技术,每个通道使用两种不同的码元,进一步优化通道链路与降低干扰。 然后再结合 FEC 和 CRC 纠错,确保干扰不会影响信号。 此技术还对多路干扰具有内置抗扰功能,因为脉冲的频带反射较小且更易消散。 DW1000 采用 2.8 V 至 3.6 V 单电源,并具有 31 mA 以上的发射模式电流和 64 mA 以上的接收模式电流以实现低功耗运行。 对于 sub-GHz 频带,Linx Technologies 已开发出一种收发器,用于可靠的长距离遥控和传感器应用。 TRM-900-TT 包含高度优化的跳频扩频 (FHSS) 射频收发器和集成的遥控转码器。 FHSS 系统可实现更高的功率,而且干扰更少,因此可以提供比窄频无线电更长的距离。 此模块在 902 至 928 MHz 的频带中工作,具有 -112 dBm 的典型灵敏度。 基础版能够产生 +12.5 dBm 的发射器输出功率,在典型 0 dB 增益天线环境下的工厂链路中达到超过 2 英里(3.2 公里)的传输距离。 高功率款输出功率为 +23.5 dBm,传输距离可达 8 英里(12.8 公里)。  RF 合成器包含 VCO 和低噪声小数 N 分频 PLL。 VCO 的运行频率是基础频率的两倍,这样可以减少容易引起干扰的杂散发射,因此传输距离更长。 接收和发射合成器经过集成,可以自动配置以实现最佳的相位噪声、调制质量和稳定时间。 接收器集成高效低噪声放大器,提供高达 -112 dBm 的灵敏度,而且 Linx 已开发出先进的干扰拦截技术,可以使收发器在存在 sub-GHz 频带的干扰时极其稳定可靠。 诸如 Digi 的 XBee 等模块允许设计人员使用 802.15.4 协议,在 2.4 GHz 和 900 MHz 频带间移动。 这些嵌入式射频模块拥有多个平台共享的通用封装,包括多点和 ZigBee/网格拓扑结构以及 2.4 GHz 和 900 MHz 解决方案。 部署 XBee 的开发人员可以根据动态应用需求替换 XBee,所需开发工作极少,2.4 GHz 版本适用于全球部署,900 MHz 版本适用于更长距离或需要更强抗干扰性的环境。 如何最大程度的降低无线工业控制系统中的干扰影响 图 2:Digi XBee 模块在 2.4 GHz 和 900 MHz 应用中具有相同的基底面。 开发人员选择使用此模块的主要原因是为了规避干扰。 此模块不仅可以屏蔽电磁干扰,还能优化天线路径设计以降低来自电子装置其余部分和来自外部的干扰。  Atmel 的 ATZB-S1-256-3-0-C ZigBit 低功率 2.4 GHz 模块是传统的 ZigBee 模块,结合了低功率 AVR 8 位微控制器和高数据速率收发器,可提供 250 kb/s 至 2 Mb/s 的高数据速率、帧处理、高接收灵敏度和高发射输出功率,从而实现稳定可靠的无线通信。 此模块设计用于无线感应、监控、控制和数据采集应用。 如何最大程度的降低无线工业控制系统中的干扰影响 图 3:Atmel 的 ATZB-S1-256-3-0-C ZigBit 模块图。 为了消除干扰,IEEE802.15.4 标准支持两个基于 DSSS(直接序列扩频)的 PHY 选项。 2.4 GHz PHY 采用 Q-QPSK 调制,而 780/868/915 MHz 采用 BPSK(二进制相移键控)调制,二者都能提供良好的 BER(比特差错率)性能。 为了突显在这些较低频带使用跳频的挑战,802.15.4 物理层提供了 31 个通道,其中在 780 MHz 频带 4 个(面向中国)(802.15.4c),在 868 MHz 频带 1 个(面向欧洲),在 915 MHz 频带 10 个(面向北美),在 2.4 GHz 频带 16 个(全球范围)。 有时需要在器件内部解决干扰。 Texas Instruments 的 WL1835MOD 在单个器件中结合了 Wi-Fi MIMO 与蓝牙 4.0 链路,因此在管理跨通道干扰时存在关键挑战。 如何最大程度的降低无线工业控制系统中的干扰影响 图 4:TI 的 WL1835MOD 能够消除在同一芯片上运行 Wi-Fi 和蓝牙时产生的干扰。 该芯片包括集成的 Wi-Fi 2.4 GHz 功率放大器 (PA)、采用 20 MHz 或 40 MHz SISO(单天线)和 20 MHz MIMO(多天线)设计并且能够处理 802.11b/g 和 802.11n 数据速率的基带处理器,以及蓝牙无线电前端。 为此,需要创新先进的共存方案。 此项工作在 MAC 层完成,以实现在 2.4GHz 频带协调使用所有带宽。 在任何时候,所有的可用带宽可以专用于 802.11 或蓝牙,只要其中一个是空闲状态。 例如,当未建立蓝牙通信时,全部带宽均可支持 802.11n 通信,速度高达 54 Mbit/s。 或者,当 802.11 无线电空闲时,2.4 GHz 范围内的全部带宽均可用于蓝牙通信。 为了确保特定类型的关键通信(主要是音频通道)质量,共存解决方案可以根据通信的时间敏感特性,qy88千赢国际娱乐地设置不同优先级。 结论 有许多方式可以最大程度地降低干扰的影响:撤离拥塞的频带;使用扩频和跳频技术;使用更灵敏的接收器、更高功率的发射器和经优化可降低外部信号影响的布局,以强化链路。 上述方法允许工业自动化设备设计人员权衡链路预算与链路距离,以便实施符合需要的高可靠性链路。 
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CAT25160 16-kb SPI串行CMOS EEPROM存储器

MC10EP32 3.3 V / 5.0 V ECL÷·2分频器

信息 MC10 / 100EP32是一个集成的2分频器,具有差分CLK输入。 V 引脚是内部产生的电源,仅适用于该器件。对于单端输入条件,未使用的差分输入连接到V 作为开关参考电压。 V 也可以重新连接AC耦合输入。使用时,通过0.01μF电容去耦V 和V ,并限制电流源或吸收至0.5mA。不使用时,V 应保持开路。复位引脚是异步的,并在上升沿置位。上电时,内部触发器将达到随机状态;复位允许在系统中同步多个EP32。 100系列包含温度补偿。 350ps典型传播延迟 最大频率> 4 GHz典型 PECL模式工作范围:V = 3.0 V至5.5 V V = 0 V NECL模式工作范围:V = 0 V ,其中V = -3.0 V至-5.5 V 打开输入默认状态< / li> 输入安全钳位 Q输出打开或V 无铅封装可用时默认为低电平 < / DIV>...
发表于 04-18 19:13 6次 阅读
MC10EP32 3.3 V / 5.0 V ECL÷·2分频器

基于DynamIQ架构,虎贲T310所涵盖市场达55亿人

“当大家都在讨论5G的时候,其实你很难想象得到的是,我们还有大量的客户在思考何时能用上移动互联网业务....
的头像 第一手机界 发表于 04-18 17:44 589次 阅读
基于DynamIQ架构,虎贲T310所涵盖市场达55亿人

骁龙855之后升级版,高通已经开始准备

除此之外,高通公司还在开发代号为“Huracan”的新芯片。该芯片组的型号为SDM55,使用的是与S....
的头像 科技美学 发表于 04-18 17:11 778次 阅读
骁龙855之后升级版,高通已经开始准备

紫光展锐春藤510完成通话测试 将为5G商用部署提供重要支撑

紫光集团旗下紫光展锐,全球领先的移动通信及物联网核心芯片供应商之一,继今年2月发布了5G通信技术平台....
的头像 半导体动态 发表于 04-18 16:21 343次 阅读
紫光展锐春藤510完成通话测试 将为5G商用部署提供重要支撑

总投资约50亿,紫光旗下子公司发力高端路由器芯片的自主研发

近日,紫光集团旗下新华三集团与成都高新区举行“新华三芯片设计开发基地项目投资合作协议签署仪式”,正式....
的头像 集成电路园地 发表于 04-18 16:11 299次 阅读
总投资约50亿,紫光旗下子公司发力高端路由器芯片的自主研发

多重利好因素综合作用 中国“芯”发展迅猛

如今,随着大数据的发展、机器算法技术、机器学习能力的不断提升,全球人工qy88千赢国际娱乐产业进入了新一轮的爆发期,....
发表于 04-18 16:06 99次 阅读
多重利好因素综合作用 中国“芯”发展迅猛

PCB六层的两种板叠层结构方案介绍

  随着技术的发展,通讯行业芯片的速率也越来越高,对PCB板上信号质量和电源的完整性的要求也越来越严....
的头像 牵手一起梦 发表于 04-18 15:56 185次 阅读
PCB六层的两种板叠层结构方案介绍

华为芯片:不能让别人断了我们粮食的重要保证

中兴事件给中国企业敲响了警钟。
的头像 砺石商业评论 发表于 04-18 13:46 930次 阅读
华为芯片:不能让别人断了我们粮食的重要保证

IT8712F主板IO芯片的勘误表资料免费下载

本文档的主要内容详细介绍的是IT8712F主板IO芯片的勘误表资料免费下载。
发表于 04-18 08:00 21次 阅读
IT8712F主板IO芯片的勘误表资料免费下载

搭载Helio P70芯片的vivo S1全面新升

vivo S1采用后置AI三摄方案,再加上Helio P70在影像方面做出的重大提升,专注实时HDR....
的头像 联发科技 发表于 04-17 18:24 945次 阅读
搭载Helio P70芯片的vivo S1全面新升

如何在烧录生产过程中全方位保护芯片程序,实现安全生产

为解决这个问题,我们可以把加密放到烧写之前,这样烧录流程就变为:擦除、加密、烧写、校验。即使在校验阶....
的头像 ZLG致远电子 发表于 04-17 17:48 292次 阅读
如何在烧录生产过程中全方位保护芯片程序,实现安全生产

使用ESP8266模块应用在qy88千赢国际娱乐家居的实例说明

新手第一次使用ESP8266模块,之前用51单片机做了一个小型的qy88千赢国际娱乐家居(其实就是使用各类模块进行数....
发表于 04-17 17:27 35次 阅读
使用ESP8266模块应用在qy88千赢国际娱乐家居的实例说明

Intel宣布退出5Gqy88千赢国际娱乐型手机基频芯片业务 未来将专注投资发展5G网络基础设施业务

就在苹果与高通在专利权官司进入最后审判阶段之际,昨日却传来世纪大和解的情况。也在此消息之后,目前为苹....
的头像 半导体动态 发表于 04-17 17:00 585次 阅读
Intel宣布退出5Gqy88千赢国际娱乐型手机基频芯片业务 未来将专注投资发展5G网络基础设施业务

兆易创新并购思立微一案正式获得证监会有条件批准!

虽然,思立微对此进行了否认,并且回应称其所设计的产品皆基于自主研发技术,但是这项诉讼也为兆易创新收购....
的头像 芯智讯 发表于 04-17 16:58 873次 阅读
兆易创新并购思立微一案正式获得证监会有条件批准!

华为5G CPE Pro被低估 不仅仅是5G信号转WiFi

经历过2G、3G到4G的人或许都能感受到,信息通信领域的技术创新和业务畅想,从未像5G一样丰富多彩。....
发表于 04-17 15:59 155次 阅读
华为5G CPE Pro被低估 不仅仅是5G信号转WiFi

SMT贴片加工品质检测及常见的问题

  SMT贴片的检测内容主要分为来料检测、工序检测及表面组装板检测等,工序检测中发现的质量问题通过返....
的头像 牵手一起梦 发表于 04-17 15:15 225次 阅读
SMT贴片加工品质检测及常见的问题

兆易创新收购思立微一案获有条件通过

兆易创新今晚发布公告,宣布公司发行股份购买资产一事获证监会有条件通过。
的头像 MEMS 发表于 04-16 18:02 696次 阅读
兆易创新收购思立微一案获有条件通过

创意电子5纳米测试芯片设计定案已在3月完成 将于第4季完成验证

IC设计服务厂创意电子持续积极冲刺先进制程技术,今年3月完成5纳米测试芯片设计定案,预计投入新台币1....
的头像 半导体动态 发表于 04-16 17:44 550次 阅读
创意电子5纳米测试芯片设计定案已在3月完成 将于第4季完成验证

2018年全球半导体技术发明专利TOP100排行榜出炉,中国22家企业入围

对2018年公开的全球半导体技术发明专利申请数量进行统计排名,入榜前100名企业主要来自8个国家和地....
的头像 荷叶塘 发表于 04-16 16:59 3572次 阅读
2018年全球半导体技术发明专利TOP100排行榜出炉,中国22家企业入围

「喜报」华泰芯片-HTL6017 累积出货超千万片!

市场上对能实现6-7串锂电保护IC的应用需求日益剧增,而能单颗实现7串保护的IC却寥寥无几,因故HT....
发表于 04-16 15:37 88次 阅读
「喜报」华泰芯片-HTL6017 累积出货超千万片!

中国离40%芯片自给率还有多远?如何杀出一条血路造出中国芯?

他同时提出,40%自给率的前提是我们有技术能够出现跨越式的发展,比如用市场换技术,甚至直接购买国外的....
的头像 传感器技术 发表于 04-16 14:17 628次 阅读
中国离40%芯片自给率还有多远?如何杀出一条血路造出中国芯?

小米重组芯片团队 放水能否养“大鱼”?

小米旗下的全资子公司松果电子团队进行重组,其中部分团队分拆组建新公司南京大鱼科技,并开始独立融资。
的头像 C114通信网 发表于 04-16 14:00 282次 阅读
小米重组芯片团队 放水能否养“大鱼”?

把晶圆当做夹馍,来好好聊聊良率那些事儿!

我们知道,每一片晶圆上,都同时制造数量很多的芯片。例如下面这张图,但是,不同的芯片有不同的大小。大的....
的头像 电子工程技术 发表于 04-16 11:00 333次 阅读
把晶圆当做夹馍,来好好聊聊良率那些事儿!

美国向中国芯片龙头“发难” LED产业格局难撼动

近日,三安光电被美国列入“危险名单”,并要求美企与之来往时保持谨慎。
的头像 高工LED 发表于 04-16 09:24 716次 阅读
美国向中国芯片龙头“发难” LED产业格局难撼动

手机音频设计指导资料说明

本文档的主要内容详细介绍的是手机音频设计指导资料说明介绍了如何设计好手机音频,减少噪音包括了:一、手....
发表于 04-16 08:00 29次 阅读
手机音频设计指导资料说明

如何使用51单片机进行WiFiqy88千赢国际娱乐小车的制作

51单片机WiFiqy88千赢国际娱乐小车是利用PC或手机作为控制端,通过手机连接wifi模块(路由器)以获得wif....
发表于 04-16 08:00 42次 阅读
如何使用51单片机进行WiFiqy88千赢国际娱乐小车的制作

ATT7022高精度三相电能专用计量芯片的中文用户手册免费下载

ATT7022 是一颗高精度三相电能专用计量芯片,适用于三相三线和三相四线应用。 ATT7022 集....
发表于 04-16 08:00 31次 阅读
ATT7022高精度三相电能专用计量芯片的中文用户手册免费下载

人工qy88千赢国际娱乐芯片陷入“同质化成长怪圈” 现实迷茫不知方向

恰逢第三波人工qy88千赢国际娱乐浪潮,2018年“人工qy88千赢国际娱乐芯片”这个有点新鲜的字眼彻底大火了一把,国内外科技巨头、....
发表于 04-15 17:39 113次 阅读
人工qy88千赢国际娱乐芯片陷入“同质化成长怪圈” 现实迷茫不知方向

当国产芯片再次飞上风口,王惟林早已投身其中超过18年

从中科院毕业后, 他一直在计算机芯片设计中拼搏,并先后组建了国产x86 CPU和芯片组研发团队,如今....
的头像 中关村集成电路设计园 发表于 04-15 17:25 839次 阅读
当国产芯片再次飞上风口,王惟林早已投身其中超过18年

华为对出售5G芯片给苹果持开放态度

在上周传闻华为与苹果或合作5G芯片后,任正非对此进行了回应。
的头像 半导体动态 发表于 04-15 17:11 695次 阅读
华为对出售5G芯片给苹果持开放态度

安其威微电子宣布获得数千万元A轮融资 资方认为微波芯片在航空航天领域应用前景宽阔

4月15日,微波集成电路企业安其威微电子宣布获得数千万元A轮融资,本轮融资由航天科工领投,德联资本、....
的头像 半导体动态 发表于 04-15 16:49 330次 阅读
安其威微电子宣布获得数千万元A轮融资 资方认为微波芯片在航空航天领域应用前景宽阔

新款的AirPods将会加入防水防尘、主动降噪,纯黑配色等新特性

在新一代的AirPods发布之前,大家都在期待新款的AirPods将会加入防水防尘、主动降噪,纯黑配....
的头像 科技美学 发表于 04-15 16:01 715次 阅读
新款的AirPods将会加入防水防尘、主动降噪,纯黑配色等新特性

激光雷达价格太高?饮冰科技独创芯片化设计降低成本

饮冰科技“芯片化”的激光雷达的优势在于“全部自主可控”,因为他们自主研发了接收端和发射端芯片。
的头像 MEMS 发表于 04-15 15:09 367次 阅读
激光雷达价格太高?饮冰科技独创芯片化设计降低成本

手机拍照效果正逐渐向单反靠拢,自主芯片结合自研图像算法的优势显著

那些有自己的芯片,又有自研图像算法的手机厂商,在手机拍照效果上取得了领先的优势,比如华为和苹果。而那....
的头像 MCA手机联盟 发表于 04-15 14:48 363次 阅读
手机拍照效果正逐渐向单反靠拢,自主芯片结合自研图像算法的优势显著

高通骁龙865首次曝光:支持LPDDR5内存,搭载骁龙X55基带芯片!

按照惯例,高通骁龙865旗舰平台预计会在2019年底推出,2020年初会有相应的终端上市,对5G的支....
的头像 芯智讯 发表于 04-15 14:29 835次 阅读
高通骁龙865首次曝光:支持LPDDR5内存,搭载骁龙X55基带芯片!

Facebook 将自行开发、可支持自家 AI 程序的定制「ASIC」芯片

Facebook 正致力于“做一切可以降低功耗并改善延迟的事情”来提升系统处理速度。
的头像 人工qy88千赢国际娱乐和机器人研究院 发表于 04-15 11:36 399次 阅读
Facebook 将自行开发、可支持自家 AI 程序的定制「ASIC」芯片

类器官芯片与传感器的结合

类器官芯片(organoids-on-chips)是传统器官芯片在生物技术方面的延伸。
的头像 MEMS 发表于 04-15 10:56 323次 阅读
类器官芯片与传感器的结合

华为表示预计2020年将推出Boudica 200该款芯片将支持3GPP R15

众所周知NB-IoT的技术优势是覆盖广、功耗低,而实现这两个目标的关键在于终端芯片。它是整个产业链的....
发表于 04-15 10:28 73次 阅读
华为表示预计2020年将推出Boudica 200该款芯片将支持3GPP R15