如今，市場被驅使在單個盒子中設計具有多個RF協議的產品，稱為網關。無線連接有許多不同的好處，它提供更好的用戶體驗和不同的協議，提供互補的優勢。每個物聯網設備都可以通過不同的協議與互聯網進行通信，無論是Zigbee，藍牙，Z波還是Sub-1 GHz，還是一些專有協議。多協議（無線電）網關在物聯網基礎設施中起著至關重要的作用，因為它們從傳感器場收集數據，并通過Wi-Fi，蜂窩或其他有線和無線網絡將其推送到互聯網上。

多射頻和多協議解決方案的組合適用于兩個或多個無線電，它們同時在相同或不同頻譜上運行不同的多個協議。這種方法通過利用不同的協議來利用更有效和可靠的數據流。因此，最終用戶可以充分利用，因為他們能夠通過單個單元連接在不同RF頻段和協議上運行的多個設備。

設計多協議緊湊型射頻硬件面臨的主要挑戰

多協議硬件的出現是對最近多種不同通信協議普及的回應。因此，OEM在設計多無線電硬件時面臨著一些關鍵挑戰：

多射頻硬件在天線選擇、放置、仿真、內存估算、外殼設計、材料和現場測試方面需要花費大量時間

控制精確的阻抗，以減少共置無線電之間的干擾、回波損耗和共存，使其符合 FCC 和 CE 等管理機構的要求

如果有兩個或多個無線電并發運行并共享相同的頻譜，那么將存在共存，這可能導致相互干擾

測量性能參數，如多射頻硬件的通信延遲、范圍、效率和可靠性

共存往往會影響設備的性能，這可能導致數據包丟失或數據損壞，音頻中彈出和噼啪作響的噪音，減小工作范圍和覆蓋范圍

由于標準適用性不同，當多無線電硬件進入畫面時，不同地理區域的法規遵從性也將具有挑戰性

為多射頻硬件開發固件時要考慮的事項

當今的物聯網應用正變得越來越復雜，它增加了對內存容量的需求。讓我們了解內存和固件附帶的硬件工程解決方案中的挑戰：

開發用戶友好且靈活的嵌入式應用需要復雜的狀態機、出色的功耗優化、內存密度和 CPU 性能。RF SoC 或模塊需要更多的閃存和 RAM 優化才能獲得最佳性能

提供無線 （OTA） 固件更新功能需要足夠的閃存來存儲 Bootloader，并且需要兩倍于應用程序固件的大小，以便在產品要在當今蓬勃發展的物聯網市場中具有競爭力時保持舊固件，同時緩沖新固件

實時管理具有各種網絡架構的多個無線電，而不會降低性能

在沒有電源的情況下，閃存還可以將用戶配置和安全密鑰內容保留多年，因為閃存中的信息在產品生命周期中可以讀取和寫入數千次。在這種情況下，利用RAM信息可以快速寫入讀取，這使得處理器能夠以如此高的速度工作并實現邊緣處理

基于上述挑戰，讓我們舉一個小例子，一個復雜的可穿戴/傳感器/自動化應用可能需要RF模塊提供的128 kB RAM和512 kB閃存。一個相對簡單的信標應用程序可能只需要24 kB RAM和192 kB閃存。

最佳實踐是否有助于克服硬件和固件挑戰？

為了解決上述多射頻硬件、內存和固件挑戰，讓我們了解如何利用其硬件專業知識來覆蓋 OEM 的痛苦領域，從而有助于提高產品的整體性能。

標準方法從產品對所有RF要求和其他外圍設備的理解開始，列出所有RF接口協議頻率，然后執行模塊/ SoC選擇等任務，相對天線選擇，識別外殼及其材料，模塊的位置及其天線。PCB設計的早期階段將進行2D平面規劃，這有助于詳細了解所有RF模塊和參數的實際位置：

模塊/網絡芯片選擇：選擇標準包括 RF 協議、調制技術、制造商、基于驅動程序代碼可用性的 MCU/處理器要求、RAM、閃存、操作系統、監管認證、最大 Tx 輸出功率、接收器靈敏度、電源和數據速率，以提供顯著的性能

內存預算：內存預算對于任何RF模塊來說都是一個非常重要的參數，它純粹基于RF堆棧大小，對設備數量的支持以及應用程序業務邏輯來定義或計算。在最終確定模塊/ SoC之前，應仔細計算并明確與內存相關的要求

天線選擇和放置：天線選擇是多射頻硬件中最關鍵的因素，因為選擇取決于頻率范圍、極化、輻射方向圖、增益、饋電點阻抗、VSWR和功率處理能力用例，如范圍覆蓋和空間。例如，芯片天線 vs PCB 走線天線 vs 外部天線

為了減少2個相同頻率模塊之間的共存和干擾，天線放置起著至關重要的作用。在這種情況下，天線應彼此垂直放置。我們正試圖根據法規要求在2 RF之間進行適當的隔離，2個天線之間的隔離應等于或大于30 dB。有時，由于空間限制，不可能實現這樣的隔離，在這個框架內，我們需要處理所有RF天線的干擾和輻射方向圖。我們還需要根據應用需求和性能來研究RF模塊/SoC的發射功率。

射頻模擬：仿真是在產品開發早期階段預測無線電問題的有效策略。有多個模擬器軟件，如HFSS，CST，ADS等，應根據問題類型明智地使用。Volansys等公司幫助執行早期天線仿真，從而在天線放置位置、范圍改進和RF路徑調諧（如果由于外殼材料導致任何頻率偏移）方面提供結果和信心

外殼設計及其材料：為了達到最佳效果，請嘗試使用可以平衡環境，可靠性和RF性能需求的材料最終確定塑料外殼。有時，由于已經預定義的尺寸和結構，COTS外殼可能會導致放置挑戰，而在定制設計中，我們可以靈活地進行PCB放置，并且可以獲得更好的隔離和天線放置選項。外殼材料的介電常數/介電常數選擇在射頻性能中起著至關重要的作用。一些在2.4GHz下良好的塑料材料是聚碳酸酯，聚碳氫，聚碳酸酯+聚氯乙烯。有時我們需要為戶外和工業應用選擇金屬外殼，在這種情況下，選擇外部天線將是關鍵點。

設計驗證測試：RF接口的設計驗證非常重要。需要定義一組驗證測試用例，如天線匹配阻抗和回波損耗、RF輸出功率測量、接收靈敏度、室內和室外范圍測試、流量大的情況下最壞情況下的RF環境，并使用分析儀進行監控。要執行一些驗證測試，需要VNA，頻譜分析儀，DSO和RF室類型的實驗室儀器。

審核編輯：郭婷