【導讀】工業(yè)4.0或智能工業(yè)被譽為一場新的工業(yè)革命，其中現(xiàn)有系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)在一起以創(chuàng)建網(wǎng)絡物理系統(tǒng)。第一次工業(yè)革命是不同技術的融合，使工程師能夠推動從手工制品到蒸汽驅(qū)動的大規(guī)模制造的轉(zhuǎn)變。今天，它是不同技術的融合，包括傳感、通信和大數(shù)據(jù)處理，這些技術被視為工業(yè)4.0的基石。通過增加對嵌入式系統(tǒng)的連接，從工廠車間到客戶使用的產(chǎn)品，并實時提取數(shù)據(jù)，理論上可以實現(xiàn)高達30%的效率提升。這些數(shù)據(jù)不僅可以優(yōu)化制造過程，還可以促進更好的業(yè)務決策，并為新型業(yè)務開辟道路。
工業(yè)4.0或智能工業(yè)被譽為一場新的工業(yè)革命，其中現(xiàn)有系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)在一起以創(chuàng)建網(wǎng)絡物理系統(tǒng)。第一次工業(yè)革命是不同技術的融合，使工程師能夠推動從手工制品到蒸汽驅(qū)動的大規(guī)模制造的轉(zhuǎn)變。今天，它是不同技術的融合，包括傳感、通信和大數(shù)據(jù)處理，這些技術被視為工業(yè)4.0的基石。通過增加對嵌入式系統(tǒng)的連接，從工廠車間到客戶使用的產(chǎn)品，并實時提取數(shù)據(jù)，理論上可以實現(xiàn)高達30%的效率提升。這些數(shù)據(jù)不僅可以優(yōu)化制造過程，還可以促進更好的業(yè)務決策，并為新型業(yè)務開辟道路。
工業(yè)4.0的基礎是可靠的通信基礎設施。此基礎結(jié)構(gòu)使決策者能夠從機器、工廠和現(xiàn)場設備中提取數(shù)據(jù)。正如工業(yè)4.0工作組的最終報告所指出的那樣，正是網(wǎng)絡導致了“物理世界和虛擬世界（網(wǎng)絡空間）以網(wǎng)絡物理系統(tǒng)的形式融合”，并且“可靠，全面和高質(zhì)量的通信網(wǎng)絡是工業(yè)4.0的關鍵要求。
Sub-GHz無線連接已經(jīng)實現(xiàn)了自動公用事業(yè)計量和遙感，例如結(jié)構(gòu)監(jiān)控。無線設備（通常由電池供電）使用傳感器來測量和量化物理世界，并將此數(shù)據(jù)發(fā)送到收集器節(jié)點或網(wǎng)關，在那里可以將其發(fā)送到云進行聚合和處理。無線解決方案正在工廠自動化領域取得進展，預計無線設備的出貨量將增加，以滿足土木工程、農(nóng)業(yè)和環(huán)境以及能源生產(chǎn)和分配的要求。
在設計無線系統(tǒng)時，工程師會考慮許多因素。正如每個工程師都會從弗里斯的傳輸方程中回憶起增加范圍一樣，可以更改許多參數(shù)，例如增加發(fā)射功率或接收靈敏度或兩者兼而有之。然而，法規(guī)限制了最大發(fā)射功率，高功率天線和外部LNA等組件可能會大大增加系統(tǒng)成本。因此，在選擇無線接收器時，工程師首先要考慮的是接收靈敏度。然而，僅憑敏感性并不能說明全部情況。
對于工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的連接，可靠的無線電連接至關重要。在日益惡劣的射頻環(huán)境中，保持可靠的通信可能是一項挑戰(zhàn)，尤其是在工業(yè)領域。自 1985 年推出以來，未經(jīng)許可的工業(yè)、科學和醫(yī)療 （ISM） 無線電頻段的用戶數(shù)量不斷增加，部署了數(shù)億臺活動設備。這些無線電必須應對幾個潛在的干擾源，從無意的RF輻射器到可能在同一頻段工作的其他有源RF設備，通常使用專有協(xié)議。干擾會嚴重降低通信范圍。更大、更密集的網(wǎng)絡也意味著更多的節(jié)點在近距離傳輸，因此更需要更好的接收性能。對干擾源的彈性是非?？扇〉?。它可以減少所需的轉(zhuǎn)發(fā)器節(jié)點數(shù)，并為每個網(wǎng)關啟用更多終結(jié)點。這樣可以實現(xiàn)更強大的網(wǎng)絡覆蓋范圍和更少的黑點。通過可靠的無線電連接，丟失的數(shù)據(jù)包更少，從而減少數(shù)據(jù)包重傳，使系統(tǒng)整體更高效。
為了了解接收器的性能，我們必須轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)手冊并檢查選擇性和阻塞數(shù)據(jù)。對于無線電接收器，RF選擇性是其區(qū)分所需信號與在其他信道中傳輸?shù)牟恍枰男盘栐吹哪芰?。相鄰信道抑制（ACR） 描述了當干擾信號在間隔小于或大于一個通道的信道中處于活動狀態(tài)時，接收器在一個信道中接收所需信號的能力。備用通道是從相鄰通道中移除一個通道。抑制越大，接收器在存在干擾源時的性能越好。阻塞是指遠離接收器頻段的干擾源。即使相距幾MHz，高功率干擾源也會降低通信質(zhì)量并導致數(shù)據(jù)包丟失。
實現(xiàn)良好的阻塞和選擇性數(shù)據(jù)的一個要素是降低RF系統(tǒng)中的相位噪聲。相位噪聲，即信號中短期相位波動引入的噪聲，可以看作是從頻域中所需信號擴散出去的邊帶。相位噪聲通常相對于載波進行測量，單位為dBc/Hz，即1 Hz帶寬內(nèi)與載波有指定偏移時的噪聲功率。如圖1所示，這種噪聲會影響倒易混頻，并會提高本底噪聲，從而降低接收機性能。在接收器中，當所需信號下變頻到用于信號處理的中頻時，干擾源的尾部可能會混合，隨后無法濾除。
圖1.相位噪聲基本理論。
接收器的前端線性度會影響對附近高功率干擾源的彈性。對于低于1 GHz的無線電網(wǎng)絡，這種干擾源可能是LTE。為了測量接收器中的線性度，我們轉(zhuǎn)向輸入三階截點（IIP3）。這是通過將兩個音調(diào)插入接收鏈并測量以輸入音調(diào)的頻率間隔3×出現(xiàn)的三階互調(diào)產(chǎn)物來測量的。
ADI公司的ADF7030-1旨在解決可靠連接的挑戰(zhàn)。ADF7030-1是一款sub-GHz、完全集成的無線電收發(fā)器。它適用于在 169.4 MHz 至 169.6 MHz、426 MHz 至 470 MHz 和 863 MHz 至 960 MHz 的 ISM、SRD 和許可頻段內(nèi)運行的應用。它支持IEEE802.15.4g等基于標準的協(xié)議，同時還提供了支持各種專有協(xié)議的靈活性。高度可配置的低中頻（IF） 接收器支持 2.6 kHz 至 738 kHz 的大范圍接收器通道帶寬。此接收器通道帶寬范圍允許ADF7030-1支持超窄帶、窄帶和寬帶通道間隔。它旨在提供一流的阻斷并提供出色的靈敏度。
ADF7030-1采用高性能、低功耗模擬前端（AFE），采用高動態(tài)范圍ADC、帶QEC的模擬復數(shù)抗混疊濾波和數(shù)字通道濾波來消除接收鏈中的無用信號。利用這些技術，ADF7030-1能夠在±20 MHz失調(diào)時實現(xiàn)高達102 dB的阻塞和高達66 dB的相鄰通道抑制。
為了在所有支持的信號帶寬和頻段內(nèi)保持高性能接收性能，ADF7030-1采用具有雙頻段LO路徑的可重新配置VLIF接收器架構(gòu)。這使得ADF7030-1能夠支持廣泛的應用。
圖2.ADF7030-1 ACR 與競爭對手的比較。
ADF7030-1提供同類最佳的抑制性能，在最大接收器增益下具有–8.5 dBm的IIP3值。這使最終用戶有信心滿足法規(guī)要求，并消除了對SAW濾波器等昂貴外部組件的需求。此類標準的一個例子是具有 25 kHz 通道間隔的 ETSI 1 類。這需要60 dB相鄰通道抑制和84 dB選擇性。ADF7030-1大大超出了這些要求。
工業(yè) 4.0 要求工程師開發(fā)創(chuàng)新和引人注目的解決方案，以實現(xiàn)下一代互聯(lián)和智能設備。ADI公司在管理通信系統(tǒng)的實際環(huán)境影響方面處于行業(yè)領先地位，50多年來一直致力于設計可靠的解決方案來連接物理世界和數(shù)字世界。確保穩(wěn)健可靠的通信是推出互聯(lián)世界以服務工業(yè)4.0所設想的物聯(lián)網(wǎng)和服務的關鍵。
(作者：Sean O’ Connell)
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