物联网设计技巧和方法

关键的外卖

• 了解不同的物联网领域和应用程序
• 物联网设计学习的基本构建块
• 混合信号、无线和低功率为物联网设计技巧

智能物联网设计进一步连接我们的世界和新物联网的关键设备

的物联网是一个数十亿的设备组成的网络,收集、过程,提供信息来改善我们的生活质量。作为一个快速增长的领域,物联网设备现在包括个人衣物,工业机械,医疗设备等等。单一物联网设备合并技术,如射频通信、混合信号功能,和高速数据传输,同时降低功耗。由于这个原因,很多进入物联网设计,确保可靠和有效的设备。

我们会把物联网的详细调查不同元素的设计物联网设备的基本构建块,物联网设计标准,低功耗设计,混合信号设计,如何将香料到你的设计流程。

物联网应用

医疗设备物联网是增长最快的一个物联网应用程序

物联网设备被应用于多个行业,从消费电子医疗设备。一个这样的应用程序与RFID(无线领域识别)。射频识别、企业已经能够跟踪项目配备射频识别标签的位置。这使他们实现系统效率较高的跟踪和增加信息。下面是其他一些行业物联网的元素发挥着日益增长的作用。

业务

物联网可以提高业务领域如:

• 自动化办公环境、客户服务和资源管理。
• 更多的数据产品、服务和交互。
• 物流库存管理、跟踪和维护。
• 面向客户的产品需要维修时发送通知。
• 零售效率nest恒温器的温度和聪明的灯泡。

制造业

在工业和制造业、植物、钢铁厂和炼油厂都变得更安全的工作环境通过使用智能背心,智能头盔、眼镜、收集健康和其他设备,位置,环境,和生产力数据。这些设备在工厂操作连接在一起,提供信息,结合在线分析,确保安全的工人和工厂机械的运行平稳。

体育和医疗

物联网带来的好处不仅仅是感受到企业——物联网也改变了体育。业余爱好者和专业人士都能佩戴腕带传感器,测量重要器官如心率、体温等。这为个人提供更详细的信息,他们的表现和对刺激的反应。

健康相关产品,监控重要身体统计数据也改变了保健和生物技术行业。设备如智能跟踪使用吸入器或可吸收的传感器,溶解在胃可以在体外进行通信,增加医疗服务提供者可以访问的数据量,导致更好的购买决定。

物联网设计:基本构建块

在其核心,一个物联网设备两个关键组件定义:传感器、无线连接块,电源管理块。成功的物联网设计的主要挑战是让它们一起工作顺利。

传感器

首先,传感器专注于收集数据与外界的联系。例子包括传感器,测量温度、压力、湿度、红外摄像机,射频识别标签。在设计你的物联网设备时,不仅考虑什么真实的信息设备本身可能受益,但也请记住,它将被交流到其他服务器,设备和节点。咨询这篇博客听我们的建议选择传感器,包括设计考虑和特定的应用程序。

无线连接模块

其次,无线连接模块连接到世界中扮演着关键角色之外的设备。常见的沟通方式包括蓝牙、无线个域网、无线和NFC。直接上网,考虑使用GSM / LTE或WiFi。这些形式有不同的时候,他们连接,不同的范围,不同的功率消耗。例如,一些NFC设备可以无线供电与收发器通信,而车内安装设备需要不间断的力量。

功率调节模块

最后,你的功率调节模块是关键在你的设备的便携性和沟通能力。如果你从一个电池给你的设备,在设计时考虑功率效率是至关重要的。尽可能让你的设备运行,使用低静态电流电压调节器。考虑设计电路,因此只有相关次电流在任何给定的时间。

物联网设计要点

物联网的董事会有多个不同的技术一起打包到一个紧凑的设计

物联网设计,衡量成功的真正标准是这些以前讨论的技术包成一个紧凑的装置。这个设备应该具有成本效益的,甚至可能需要额外的数字信号处理能力,自然用户界面处理、控制操作,或模拟传感。

有持续的努力让物联网设备改进性能、功率效率,更高的范围,减少尺寸。一个设备可能包含一个CPU、内存、图形、处理和无线电路。为了创建最小的设备成为可能,这些元素可以放在一个系统芯片(SoC),但不是全部。

由于需要节省空间的区别,为物联网设计在整个产品设计或董事会作为一个单一的单位,而不是像过去许多较小的个人董事会。这将需要与机械设计师密切合作以确保信号完整性、热管理、和大小都占了。

在设计物联网时,请记住,传感器和集成电路发展迅速。产品使用的芯片可能会变得过时的比你想象的更快。出于这个原因,划分设计与次电流,它允许一个系统化的方法,使更新部分电路简单。考虑每一次电流的输入和输出以及他们如何融入更大的设备作为一个整体。

物联网设计的重要标准

确保董事会的各种组件满足您计划使用的标准

物联网体系结构可以被描述为三个不同的层次:

1. 设备层收集数据的传感器和执行器。
2. 边缘层与数据处理组件,过滤器,骨料,做预处理。
3. 云层与移动应用程序或基于web的应用程序做最后的处理。

设备不存在于真空中,特别是在物联网。他们将不得不函数、沟通和与其他系统集成。当设计一个物联网设备,考虑它如何适应整个架构。最好的方法是采用和维护标准。考虑采用一个标准,例如IEEE 243,运用它为你创造你的设备。长寿的设计,超越基本功能,考虑下它将用于,尤其重要,其他设备会沟通。

更标准,考虑考虑这些的印刷电路研究所(IPC)作为一个起点。其他基于标准的IP解决方案包括:

• 接口:MIPI DSI, CSI, SLIMbus UniPro, DigRF,大,D-PHY, M-PHY, M-PCIe, USB接口,HDMI, SDIO
• 记忆:SD / eMMC NAND LPDDR,广泛的IO
• 模拟IP: AFE, A / D(传感器、收音机),电力监控、热传感器
• 系统/外围IP:微处理器,总线和音频IP和计时器IP

低功耗设计物联网设备

在发展中移动物联网设备,拥有低功耗设备是产品的寿命和可靠性的关键

因为你的物联网设计可能会移动,它消耗最少的设计能力是至关重要的。而不是让你的设备不间断,包括不同的操作模式。此外,在智能电源管理将增加你的设备的运行时。为移动设备,你将需要使用一个能量采集电路(通常利用感应无线电力传输)或依靠电池供电。

电池供电

节约电池能量的最好方法之一是关闭部分设备不使用的时候。要做到这一点,将PCB划分为功能块,每一块,分配适当的功耗预算。选择功率调节电路,满足你的规格和确保每个块设计停留在其分配的预算。

内存

你的物联网设备的内存模块也将消耗power-choosing正确的记忆停留在功率预算是很重要的。例如,在使用直接存储器访问(DMA),你会拥有更好的电能节约但失去一些延迟和吞吐量相比,动态随机存取记忆体(DRAM)。

精确功率预算的计算

避免能源浪费长PCB的痕迹或大量的通过。飞机从一个到另一个在你的董事会可以导致不必要的损失。精确功率预算计算和高效动力输送网络将会增加你的设备的寿命。使用一个精确的电力网络分析工具来得到一个准确的照片你的设备制造和测试之前的效率。

无线物联网设计

你的设备将连接到无线世界的其他地方,可能通过WiFi,蓝牙,或一些其他的前面提到的模式。因此,重要的是要熟悉各种无线网络协议。

记住,政府调节无线电频谱的使用,和某些频段分配给具体的目的。无线运营最常见的频率为2.4 GHz, NFC 13.56 MHz,和其他射频协议按照自己的频率。出于这个原因,利用现成的无线模块,已经符合政府和行业法规可以购买和纳入你的设计。

天线设计也是另一个关键环节设计PCB,考虑方向,增益,和方向性天线,然后选择天线匹配所需的形式因素。z - wave网状网络拓扑可以支持数以百计的设备吗;例如,Sigfox使用新的超窄频带(超窄带)广播消息交换。

噪音

你的设备将操作在所有其他设备使用自己的无线通信标准。出于这个原因,噪声可以成为一个更大的因素。设备将大部分时间都花在空闲或备用模式,只简要地打开通讯为短脉冲发射和接受。熟悉处理射频电磁干扰的方法同时将其纳入您的设计。

温度

温度对沟通也有显著的影响。考虑您想让你的设备的温带范围操作,确保你的组件所有符合这些规范。

混合信号设计

物联网设计中的数据可能包括多个模拟和数字信号,使其基本保持信号完整性与尽可能少的噪音

你的物联网设备将从现实世界中通过模拟传感器收集数据需要转换为数字信号。一旦在数字格式,数据可以编码和操纵,甚至发出无线。

你需要有一个处理器在高速移动数据的能力。出于这个原因,你需要设计你的布局处理问题如相声、时钟歪斜,传播延迟、衰减、阻抗匹配。作为与混合信号布局良好实践,独立的模拟和高速数字部分板的不同部分。

紧凑的设计

多氯联苯在物联网设备需要与潜在灵活紧凑的设计部分和高密度互联

拟合所有的各种次电流和模块到一个紧凑的PCB需要使用更先进的设计技术。这些包括高密度互联(HDI),嵌入式组件和其他小型组件比如multi-chip模块(MCM)或三维集成电路(3 d-ics)。使你的董事会更加紧凑多层多氯联苯。

确保PCB的形式因素集和达成一致。具体地说,与机械工程师和产品设计师,以确保制造商有能力来组装和生产你的设计。组件的位置变得更加重要,作为PCB的特定部分可能容易受到机械的方向弯曲。这就是一个flex设计可能派上用场。

Flex设计

你也可能机械限制在你的设计中,这可能需要解决与flex或rigid-flex板,一个日益流行的替代标准严格的多氯联苯。具体地说,而不是一个标准的刚性PCB连接与一个复杂的传感器线束或高密度互联(hdi值)PCB组件、互联和传感器可放置在flex PCB。这减少了互联和电线的数量,这有助于使小型化设备。

香料模拟

仿真结果从香料项目将有助于预测你的设备的行为

利用一种香料工具在设计和生产过程中会让你调节你的设计的权力和可用性。如同大多数消费电子产品、可制造性设计和产品产量在创造成功的董事会是至关重要的。

与香料模拟,你可以让你的公差设定基于制造业产量和可靠性标准。香料仿真还可以帮助您跟踪功率效率和设计漏洞以及分析阻抗和确定形式因素的限制。香料库也将易于访问组件参数集成和建模,用模板来构建定制的模型。

节奏的PSpice软件程序允许您访问超过33000个组件,使它容易确保组件产量和可靠性,验证电气性能,并进一步优化之前,你的设计生产。