【導讀】工業4.0或智能工業被譽為一場新的工業革命，其中現有系統聯網在一起以創建網絡物理系統。第一次工業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動的大規模制造的轉變。今天，它是不同技術的融合，包括傳感、通信和大數據處理，這些技術被視為工業4.0的基石。通過增加對嵌入式系統的連接，從工廠車間到客戶使用的產品，并實時提取數據，理論上可以實現高達30%的效率提升。這些數據不僅可以優化制造過程，還可以促進更好的業務決策，并為新型業務開辟道路。
工業4.0或智能工業被譽為一場新的工業革命，其中現有系統聯網在一起以創建網絡物理系統。第一次工業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動的大規模制造的轉變。今天，它是不同技術的融合，包括傳感、通信和大數據處理，這些技術被視為工業4.0的基石。通過增加對嵌入式系統的連接，從工廠車間到客戶使用的產品，并實時提取數據，理論上可以實現高達30%的效率提升。這些數據不僅可以優化制造過程，還可以促進更好的業務決策，并為新型業務開辟道路。
工業4.0的基礎是可靠的通信基礎設施。此基礎結構使決策者能夠從機器、工廠和現場設備中提取數據。正如工業4.0工作組的最終報告所指出的那樣，正是網絡導致了“物理世界和虛擬世界（網絡空間）以網絡物理系統的形式融合”，并且“可靠，全面和高質量的通信網絡是工業4.0的關鍵要求。
Sub-GHz無線連接已經實現了自動公用事業計量和遙感，例如結構監控。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，并將此數據發送到收集器節點或網關，在那里可以將其發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、農業和環境以及能源生產和分配的要求。
在設計無線系統時，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，例如增加發射功率或接收靈敏度或兩者兼而有之。然而，法規限制了最大發射功率，高功率天線和外部LNA等組件可能會大大增加系統成本。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。
對于工業生態系統內的連接，可靠的無線電連接至關重要。在日益惡劣的射頻環境中，保持可靠的通信可能是一項挑戰，尤其是在工業領域。自 1985 年推出以來，未經許可的工業、科學和醫療 （ISM） 無線電頻段的用戶數量不斷增加，部署了數億臺活動設備。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，通常使用專有協議。干擾會嚴重降低通信范圍。更大、更密集的網絡也意味著更多的節點在近距離傳輸，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發器節點數，并為每個網關啟用更多終結點。這樣可以實現更強大的網絡覆蓋范圍和更少的黑點。通過可靠的無線電連接，丟失的數據包更少，從而減少數據包重傳，使系統整體更高效。
為了了解接收器的性能，我們必須轉到數據手冊并檢查選擇性和阻塞數據。對于無線電接收器，RF選擇性是其區分所需信號與在其他信道中傳輸的不需要的信號源的能力。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量并導致數據包丟失。
實現良好的阻塞和選擇性數據的一個要素是降低RF系統中的相位噪聲。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，我們轉向輸入三階截點（IIP3）。這是通過將兩個音調插入接收鏈并測量以輸入音調的頻率間隔3×出現的三階互調產物來測量的。
ADI公司的ADF7030-1旨在解決可靠連接的挑戰。ADF7030-1是一款sub-GHz、完全集成的無線電收發器。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 和許可頻段內運行的應用。它支持IEEE802.15.4g等基于標準的協議，同時還提供了支持各種專有協議的靈活性。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），采用高動態范圍ADC、帶QEC的模擬復數抗混疊濾波和數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失調時實現高達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。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 4.0 要求工程師開發創新和引人注目的解決方案，以實現下一代互聯和智能設備。ADI公司在管理通信系統的實際環境影響方面處于行業領先地位，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字世界。確保穩健可靠的通信是推出互聯世界以服務工業4.0所設想的物聯網和服務的關鍵。
(作者：Sean O’ Connell)
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