物聯(lián)網(wǎng)(IoT)能夠提高生產(chǎn)力、控制力和效率，在幾乎無限的市場(chǎng)和終端應(yīng)用中提供動(dòng)力和潛力。在還沒有廣泛使用尖端技術(shù)的市場(chǎng)上，特別是在需要聯(lián)接技術(shù)時(shí)，IoT受到了很大的關(guān)注。

在工業(yè)和消費(fèi)應(yīng)用中，感知、處理、驅(qū)動(dòng)和聯(lián)接這些關(guān)鍵模塊對(duì)于IoT的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。如果為每個(gè)模塊提供模塊化的、即插即用的方案，可以顯著地加快和簡(jiǎn)化新的設(shè)計(jì)，用于如智能家居/智能建筑，健康和資產(chǎn)跟蹤等應(yīng)用，不一而足。模塊化的方案包括定制的開發(fā)工具，并在必要時(shí)預(yù)先通過任何相關(guān)的國(guó)際監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議要求的認(rèn)證，尤為重要。

聯(lián)接是最具挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域之一，視乎每一應(yīng)用的特定性質(zhì)，許多協(xié)議或多或少都是相關(guān)的。Sigfox?具備內(nèi)置基礎(chǔ)設(shè)施和遠(yuǎn)程聯(lián)接，已成為最有用的協(xié)議之一。然而，對(duì)于許多潛在的IoT方案設(shè)計(jì)人員，Sigfox是個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域，因此，易于采用是IoT普及的關(guān)鍵。

IoT應(yīng)用挑戰(zhàn)

有超過310億的設(shè)備(“物體”)聯(lián)接到IoT-每天還有成千上萬的設(shè)備被聯(lián)接。這些設(shè)備共同為世界各地的消費(fèi)者和商業(yè)用戶帶來了巨大的積極變化。在家里，自動(dòng)照明控制節(jié)省能源和提供安全，而遠(yuǎn)程門鈴支持用戶從地球上的任何地方“回家”，只要他們可以訪問互聯(lián)網(wǎng)。在企業(yè)中，工廠或其他設(shè)施的每一個(gè)細(xì)節(jié)都可以被監(jiān)控；提供的數(shù)據(jù)將前所未有地提高運(yùn)營(yíng)效率。經(jīng)營(yíng)偏遠(yuǎn)地區(qū)設(shè)備的企業(yè)可以從舒適的辦公室監(jiān)控工作，從而減少定期視察的費(fèi)用。隨著數(shù)據(jù)分析、實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)測(cè)維護(hù)和其他高價(jià)值主張的加強(qiáng)，正在實(shí)現(xiàn)IoT的總體效益。

然而，使這些IoT設(shè)備如此有用和便攜的許多特性，如它們的小尺寸、互聯(lián)和遠(yuǎn)程使用能力，也給設(shè)計(jì)人員帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

雖然這些設(shè)備物理尺寸小，能部署在受限的空間，但是IoT節(jié)點(diǎn)需要包含大量的功能。通常，這將包括用于管理系統(tǒng)和處理數(shù)據(jù)的微控制器(MCU)、各種類型的傳感器(取決于要測(cè)量或監(jiān)測(cè)什么)以及加密技術(shù)，以確保安全存儲(chǔ)和傳輸任何敏感數(shù)據(jù)。

電源也是必需的，雖然許多IoT設(shè)備都部署在家庭、辦公室或工廠，有電源可供使用，但為方便，這許多設(shè)備都由電池供電。顯然，在沒有電源的偏遠(yuǎn)地區(qū)使用的所有IoT設(shè)備都是電池供電的。

電池的尺寸限制以及可用的有限電量，意味著設(shè)計(jì)人員在選擇和實(shí)施小的、超低功耗器件、開發(fā)精密的電源管理算法以確保沒有浪費(fèi)一點(diǎn)寶貴的電量方面有許多重大的挑戰(zhàn)要克服。

聯(lián)接IoT設(shè)備的挑戰(zhàn)

IoT設(shè)備的另一個(gè)挑戰(zhàn)是提供通信接口，這對(duì)于聯(lián)接節(jié)點(diǎn)到IoT至關(guān)重要。這是個(gè)相對(duì)專業(yè)的領(lǐng)域，設(shè)計(jì)人員面臨的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是從現(xiàn)有的巨大范圍中選擇最合適的協(xié)議。其中一些協(xié)議是專有的，適用于非常特定的應(yīng)用，而另一些協(xié)議，如藍(lán)牙和Wi-Fi，則被廣泛實(shí)施，但僅適用于短距離應(yīng)用。

直到最近，蜂窩技術(shù)還是其他短距離無線技術(shù)(如藍(lán)牙)所無法達(dá)到的聯(lián)接節(jié)點(diǎn)的唯一可用方法之一。然而，蜂窩專用于語(yǔ)音和高數(shù)據(jù)速率通信，這使得它相對(duì)耗電，不適合IoT所需和依賴的簡(jiǎn)單的機(jī)器對(duì)機(jī)器(M2M)通信。

Sigfox是已確立的一種蜂窩式系統(tǒng)，它為遠(yuǎn)程聯(lián)接的設(shè)備特別是IoT節(jié)點(diǎn)提供低功耗、遠(yuǎn)距離、低數(shù)據(jù)速率和低成本的通信。針對(duì)簡(jiǎn)單的M2M通信，Sigfox網(wǎng)絡(luò)支持在遠(yuǎn)大于簡(jiǎn)單的低功率發(fā)射器能夠獨(dú)立達(dá)到的距離實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的聯(lián)接。該網(wǎng)絡(luò)采用超窄帶(UNB)技術(shù)，支持低發(fā)射功率同時(shí)保持強(qiáng)固的聯(lián)接。

SigFox幾乎適用于任何IoT應(yīng)用，它幾乎沒有什么限制，使應(yīng)用不需要每天發(fā)送超過140個(gè)12字節(jié)的消息，并且可以接受每秒100位的無線吞吐量，因此Sigfox提供一個(gè)可靠、低功耗、低成本的聯(lián)接方案。

然而，與藍(lán)牙等無處不在的通信協(xié)議不同，與Sigfox相關(guān)的技術(shù)專知被認(rèn)為是相對(duì)“小眾”的。這對(duì)設(shè)計(jì)工程師設(shè)計(jì)和實(shí)施一個(gè)成功的、基于Sigfox的通信接口構(gòu)成了一條陡峭的學(xué)習(xí)曲線，對(duì)尋求解決遠(yuǎn)程IoT市場(chǎng)的公司造成了進(jìn)入的技術(shù)障礙。

模塊化Sigfox方案消除技術(shù)設(shè)計(jì)障礙

安森美半導(dǎo)體積極投入該領(lǐng)域，最近推出了可編程的Sigfox RF收發(fā)器系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)，集成先進(jìn)的RF系統(tǒng)單芯片 (SoC)與所有必需的外部器件(包括一個(gè)TCXO)，從而使簡(jiǎn)化和縮短設(shè)計(jì)認(rèn)證流程成為可能。

AX-SIP-SFEU SiP提供開箱即用的、設(shè)備到云的Sigfox聯(lián)接，包括使用Sigfox LPWAN通信的遠(yuǎn)程IoT應(yīng)用的上行和下行鏈路。該SiP把一個(gè)Sigfox無線電IC、分立的RF匹配器件、所需的所有無源器件及固件集成在單個(gè)封裝中。由于該方案已預(yù)先通過CE認(rèn)證，并經(jīng)Sigfox認(rèn)證，采用安森美半導(dǎo)體廣博的技術(shù)專知，設(shè)計(jì)人員有把握實(shí)現(xiàn)一個(gè)高質(zhì)量、全集成和完整的方案。

該微型的7 mm x9 mm x1 mm、統(tǒng)一涂層保護(hù)膜封裝，確保AX-SIP-SFEU可部署在空間受限的遠(yuǎn)程IoT應(yīng)用中。該器件其實(shí)是世界上最緊湊的、Sigfox認(rèn)證的方案，確保設(shè)計(jì)人員能夠克服設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程IoT節(jié)點(diǎn)所面臨的物理空間挑戰(zhàn)。微型尺寸特別適用于可穿戴設(shè)備、資產(chǎn)跟蹤標(biāo)簽或任何需要小的Sigfox方案的應(yīng)用。

使用AX-SIP-SFEU還顯著減少電源相關(guān)的問題，因?yàn)槌凸脑O(shè)計(jì)結(jié)合了待機(jī)、睡眠和深度睡眠模式，以便在不需要傳輸時(shí)省電。這些模式分別只需0.55毫安(mA)、1.2微安(mA)和180納安(nA)的電流，使得該器件可由鈕扣電池(CR2032)供電。或者，可以使用能量采集技術(shù)，無需任何電池、管理或更換。

任何無線電設(shè)計(jì)中(尤其是第一次設(shè)計(jì)時(shí))最令人生畏的一方面，是獲得批準(zhǔn)。AX-SIP-SFEU SIP經(jīng)Sigfox認(rèn)證用于RC1區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，表示它通過認(rèn)證，符合標(biāo)準(zhǔn)的RF和協(xié)議規(guī)范，從而確保了互通性。此外，該器件已獲CE認(rèn)證，證明其符合歐洲經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)銷售產(chǎn)品的衛(wèi)生、安全和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

總結(jié)

雖然IoT提供了巨大的好處和機(jī)遇，但節(jié)點(diǎn)小而復(fù)雜的性質(zhì)給設(shè)計(jì)工程師帶來巨大挑戰(zhàn)。他們不僅必須滿足物理尺寸限制和處理低功耗要求，還必須確保設(shè)計(jì)中所含的RF通信符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)-這增加了設(shè)計(jì)流程的時(shí)間、成本和風(fēng)險(xiǎn)。尤為重要的是，對(duì)于要遠(yuǎn)距離無線聯(lián)接的遠(yuǎn)程設(shè)備，需要比蜂窩網(wǎng)絡(luò)更具性價(jià)比的方案。

通過使用預(yù)先認(rèn)證的、超微型、超低功耗模塊如安森美半導(dǎo)體的AX-SIP-SFEU，設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在能夠設(shè)計(jì)IoT節(jié)點(diǎn)，有把握能輕易和幾乎零風(fēng)險(xiǎn)地實(shí)施預(yù)認(rèn)證的RF通信系統(tǒng)，從而消除IoT設(shè)計(jì)的一個(gè)重大技術(shù)障礙。