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物联网PCB设计技能要求

2021-06-02 07:56:05    88次浏览

如果你刚刚开始研究IoT产品的设计,在许多PCB设计方面都需要提升。物联网设备将移动性,低功耗,RF通信,混合信号功能和高速数据传输功能整合到很小的空间中。牢记所有这些因素将帮助你在时间正确的设计。

PCB行业标准

如果打算终将新设备推向市场,则设备必须达到或超过许多行业标准。这些标准指定了几项操作要求,确保的设备与他人构建的设备之间具有兼容性。尽早熟悉并根据行业标准工作至关重要。如果现在可以设计符合标准的设备,那么以后就无需进行重新设计。

IPC标准是一个很好的起点,在设计过程中会需要经常参考这些标准。如IEEE,ISO和ANSI也指定了PCB的操作标准。当开始研究行业标准时,它看起来很难懂。没有人可以记住所有的PCB设计标准,因此,专注适用于设备的标准很重要。

物联网应用和低功耗设计

并非所有的物联网设备都可以插入墙上插座。如果设备设计为可移动的,则应学习有关设计设备使用尽可能少的电量的知识。移动物联网设备可能会以多种不同的模式运行,包括睡眠,待机,突发等。节省电池电量并确保每种模式的可靠性的方法是在不需要时关闭设备的不必要部分。

考虑一下PCB中的功耗,因为它发生在板上的不同功能块中。将PCB分成功能块,并为每个块分配功耗预算。如果遇到功耗问题,可以咨询组件供应商。他们可以推荐功耗更低的替代组件,并将成本控制在预算范围内。

物联网设备还将需要一个会消耗能量的内存模块。选择可以满足功能要求的正确内存可以将功耗保持在预算之内。每种类型的存储器都有其优点和缺点。例如,如果选择DMA而不是DRAM,则可以节省功耗,但会增加延迟和吞吐量。作为设计者,需要权衡每种类型的内存的优缺点。

让设备与射频设计保持联系

除非打算将IoT设备直接插入以太网端口,否则设备将通过WiFi无线连接到Internet。蓝牙功能也可能是的,特别是如果设备打算与手机接口时。许多其他无线联网协议用于使用RF信号发送和接收信息。如果还不熟悉各种无线协议,那是个不错的方法。

官方对无线电频谱的分配进行管理,并为不同目的分配了某些频段。例如,WiFi信号以2.4 GHz频率运行,而其他RF协议将以RF频谱中的不同频率运行。行业标准还将指定设计约束条件,以帮助确保设计正常运行。

好消息是,不必从头开始设计RF模块。可以从电子供应商处购买已经满足行业标准的现成无线模块,并将其轻松地集成到设计中。这些部件可以减小外形尺寸,同时仍然包括所需的所有功能。

混合信号设计

许多物联网设备,尤其是移动电话和用于智能家居的设备,将使用许多传感器进行操作,这些传感器可使该设备与周围的世界互动。物联网设备中的传感器输出必须转换为数字信号的模拟信号。一旦转换为数字信号,就可以像对任何其他数字数据集一样对数字数据进行编码和操作。

由于物联网设备正在处理的数据量不断增加,因此处理器必须以更高的速度在组件之间移动数据。布局将需要考虑诸如串扰,时钟偏斜,传播延迟,衰减和阻抗匹配等问题。混合高速数字和模拟信号还要求将板的模拟和数字部分隔离在板的不同部分中。

有了适当的仿真协议,可以确保在IC和行为构造宏建模中具有准确性。使用强大的SPICE仿真器确保PCB安全。

仿真,更小的电路板,更高的组件密度

如果已被要求遵守电源要求和混合信号协议,例如包装所有RF模块,逻辑IC,电源管理组件,微处理器,走线,内存,显示器,充电/ USB端口和其他电子组件,感觉像是俄罗斯方块游戏。每一寸空间都是珍贵的,如果想充分利用设备,就需要充分利用所有空间。

不过,也不需要单独管理每个因素。借助适当的SPICE仿真,将能够跟踪电源效率,设计漏洞,分析阻抗并确定必要的外形尺寸限制。SPICE库可以为分析提供了很大帮助,它将具有易于访问的组件参数集成和建模以及用于从中构建自定义模型的模板。

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