El objetivo de diseño para la próxima generación de productos de IoT inalámbricos alimentados por batería y de bajo costo es proporcionar un rango y una estabilidad de señal de RF excepcionales al mismo tiempo que se reduce el consumo de energía en un paquete miniaturizado. Como resultado, los principales fabricantes de conjuntos de chips y componentes de RF están ajustando y mejorando sus productos para hacer precisamente eso.
Según el sitio web de Semtech, LoRa y LoRaWAN ya son “las tecnologías de facto para las redes de IoT en todo el mundo”, con una amplia gama de aplicaciones de IoT que incluyen todo, desde cosas “inteligentes” de próxima generación como ciudades, hogares, edificios y agricultura. Proporcionar conectividad de larga distancia a , pesaje, cadena de suministro y logística, etc.
Para enfrentar este desafío de reducción de espacio de PCB, los principales fabricantes de conjuntos de chips como Semtech crean diseños de referencia (planos técnicos del sistema) que los terceros usan según sea necesario para la aplicación de su producto, adaptables y cambiables.
Un diseño de referencia es una prueba de concepto para una plataforma y, por lo general, está destinado a una aplicación específica. El objetivo es llevar los productos al mercado más rápido con soluciones frontales de Johanson Technology, líder en componentes cerámicos de alta frecuencia como antenas de chip, filtros/balunes integrados, capacitores de alto Q y filtros de chip EMI. Riesgo en proyectos de integración OEM.
“El punto de partida es el conjunto de chips, pero el conjunto de chips necesita un circuito de RF específico para conectarse a la antena.
Especialmente para la plataforma LoRa, la capacidad de integrar todos los componentes de RF en un paquete mucho más pequeño y delgado solo hace que el conjunto de chips sea más atractivo para productos IoT miniaturizados alimentados por batería. Sin esta opción, el OEM tendría que diseñar todo el esquema de condensador/inductor y conectar muchos componentes individuales a la placa de circuito impreso.
“Los OEM ahora pueden aprovechar las soluciones integradas en lugar de las soluciones discretas de inductores y capacitores”, dijo Carmona. “Uso de dispositivos pasivos integrados de Johansson [IPD] Hace que el tamaño final de la placa de circuito impreso sea más pequeño y sencillo. Además, cambiar la geometría del diseño puede afectar el rendimiento de la salida, la duración de la batería y el rango de la señal. “
En este caso, el circuito de RF requerido se usa para convertir la señal de diferencial a unipolar con una relación de impedancia específica usando redes de adaptación de impedancia y baluns. La mayoría de los conjuntos de chips requieren este tipo de conversión debido a su configuración diferencial de entrada/salida de 2 pines para conectarse a antenas de un solo extremo.
“Para muchos conjuntos de chips, la salida directamente del conjunto de chips generalmente no coincide con 50 ohmios. Necesitamos diseñar una red coincidente para el rango”, dijo Carmona.
Para cumplir con el requisito, Johanson Technology trabajó con Semtech para desarrollar un IPD que actúa como un filtro balun de adaptación de impedancia.
Fabricados con tecnología de cerámica cocida a baja temperatura (LTCC), que permite que los componentes pasivos se apilen “3D”, los IPD ofrecen la misma funcionalidad que 10 a 40 componentes de RF individuales. Con este enfoque, todo el frente entre el chipset y la antena se fabrica en un solo paquete ultradelgado, menos del 40 % del tamaño total del mismo circuito compuesto por componentes discretos.
Al combinar una red de adaptación de impedancia, un balun y un filtro, este dispositivo reduce todo el circuito de RF frontal a un solo componente SMT EIA 0805 (2,0 x 1,25 mm).
Los filtros balun de impedancia adaptada están diseñados para operar dentro de la banda de RF sin licencia de 868 MHz utilizada en Europa y la banda de 915 MHz en Australia y los Estados Unidos. El producto se combina a la perfección con los transceptores de RF domésticos inteligentes LoRa y LoRa de Semtech. SX1261, SX1262, LLCC68.
“IPD es una solución plug-and-play para OEM que utilizan conjuntos de chips Semtech LoRa”, dijo Carmona. “Al trabajar con los principales fabricantes, completamos toda la investigación y el desarrollo para garantizar que estén optimizados para sus chips específicos. No solo funciona, sino que cumple con los requisitos reglamentarios de emisiones de la FCC y ETSI”.
IPD tiene otra ventaja importante: mayor confiabilidad. Al crear un circuito literal en un paquete LTCC pequeño, hay poca variabilidad y puntos potenciales de falla en comparación con la implementación de muchos componentes discretos.
“Necesitamos asegurarnos de que el rendimiento de esta solución mucho más pequeña sea tan bueno o mejor que el de la solución discreta más grande”, dijo Carmona. “Por lo tanto, cada paquete integrado se somete a pruebas exhaustivas de RF al 100 % para garantizar que todos los componentes funcionen correctamente y estén integrados”.
Según Carmona, la experiencia de Johanson Technology en el desarrollo de materiales es clave para poder crear circuitos completos en un paquete tan pequeño. El producto utiliza un nuevo material cerámico patentado en el proceso de fabricación de LTCC diseñado para mejorar el rendimiento a altos niveles de Q.
El proceso de fabricación de IPD es similar a las técnicas que ya se utilizan para fabricar componentes SMD multicapa, como condensadores e inductores. Sin embargo, la fabricación de LTCC aún puede incorporar circuitos en hasta 40 capas dentro de un paquete 3D muy delgado.
“Somos ante todo una empresa de materiales”, dijo Carmona. “Estamos constantemente desarrollando nuevos materiales cerámicos que integren mejor los circuitos, reduzcan el consumo de energía y eliminen la pérdida de energía”.
Los IPD requieren mucho menos espacio en la placa, lo que permite que los dispositivos IoT con circuitos de RF se diseñen en factores de forma mucho más pequeños.
“Dado que el espacio de la PCB está en su apogeo, el tamaño y la ubicación de los componentes pasivos es importante porque a medida que todo se vuelve más pequeño, se vuelve cada vez más difícil colocar más componentes en la placa”, dijo Carmona. “Como tal, los ingenieros de diseño recurren a los fabricantes de componentes para que les proporcionen soluciones miniaturizadas que ocupen muy poco espacio real en la placa”.
Además del tamaño, la miniaturización de PCB también afecta la estética del producto, lo que permite diseños más delgados y de perfil más bajo. Una reducción de 10:1 o mayor en los componentes también reduce el peso total del dispositivo.
Para obtener más información, comuníquese con Johanson Technology al (805) 389-1166 y envíe un mensaje al equipo de Johanson. https://www.johansontechnology.com/haz-una-preguntao visitar www.johansontechnology.comLa empresa está ubicada en 4001 Calle Tecate, Camarillo, CA 93012.