Moduły komunikacyjne w czasach Internetu Rzeczy

2019-11-15

Komunikacja bezprzewodowa drogą radiową stała się pewnego rodzaju standardem w niemal wszelkich produktach elektronicznych. Nie ogranicza się już tylko do przenośnych urządzeń konsumenckich, bo implementowana jest też w sprzęcie stacjonarnym, a nawet przemysłowym, medycznym czy w motoryzacji. Wyzwania, z jakimi wiąże się wdrożenie niezawodnej transmisji radiowej, są na tyle duże, że mało kto decyduje się na samodzielne projektowanie torów sygnałowych wysokiej częstotliwości. Niemal zawsze zdecydowanie korzystniej jest po prostu sięgnąć po gotowy moduł. Tylko jak wybrać jego producenta?

Popularność wszelkiego rodzaju modułów radiowych sprawiła, że w ostatnich latach na rynku pojawiło się mnóstwo nowych producentów. Wielu z nich to firmy dalekowschodnie – najczęściej chińskie, które zwietrzyły okazję rynkową i zaczęły samodzielnie opracowywać nowe rozwiązania. Najczęściej trafiają one najpierw na lokalny rynek, ale z czasem znajdują się także zachodni dystrybutorzy, którzy podpisują umowy na sprzedaż podzespołów tych marek. I o ile wzrost konkurencji jak zwykle jest korzystny dla nabywców, bo przede wszystkim napędza spadek cen i rozwój technologii, o tyle jednocześnie utrudnia też podejmowanie decyzji. Jak w takiej sytuacji określić, który z modułów o zbliżonych do siebie parametrach będzie faktycznie godny polecenia? Naszym zdaniem warto zwrócić uwagę na doświadczenie tak producenta, jak i samego dystrybutora.

Moduł komunikacyjny SparkLAN

SparkLAN

Wśród dalekowschodnich firm, które mogą pochwalić się bogatym doświadczeniem w projektowaniu modułów komunikacyjnych, warto się bliżej przyjrzeć firmie SparkLAN. Została założona w Tajwanie, w 2002 roku, a więc wiele lat przed zdecydowaną większością firm dostarczających produkty z Chin kontynentalnych. Początek tego wieku to właśnie lata, gdy technologia sieciowa zaczynała się dopiero popularyzować, a więc założyciele SparkLAN byli w gruncie rzeczy wizjonerami, którzy wierzyli, że temat, w jaki się angażują, będzie tematem przyszłości. I mieli rację, dzięki czemu SparkLAN jest jednym z wiodących dostawców rozwiązań sieciowych. Jest oficjalnym partnerem największych producentów układów radiowych: Qualcomma, Mediateka, Realteka i Broadcoma. Obecnie SparkLAN wytwarza różnego rodzaju moduły do systemów wbudowanych i urządzeń typowo sieciowych. Są to bardzo nowoczesne konstrukcje, dostępne w wielu odmianach, tj. np. w postaci kart PCI Express, M.2, podłączane przez USB, lutowane bezpośrednio do PCB i inne.

Moduły Wi-Fi

Do najbardziej znanych produktów firmy SparkLAN należą moduły WiFi, często wyposażone także w obsługę standardu Bluetooth. Dobrym przykładem są moduły serii WUBT-236ACNBT. Bazują one na chipsecie RTL8822BU-CG firmy Realtek i mogą pracować w standardach IEEE 802.11ac/a/b/g/n oraz jako transceivery Bluetooth od wersji 2.1+EDR przez 3.0 i 4.1, aż po 4.2 Low Energy. Mają wyprowadzenie w postaci złącza 4-pinowego lub USB typu A, a więc zasilane są napięciem 5 V. Ich zakres temperatur pracy wynosi od –20 do +70°C. Pobierają 450 mA prądu w trakcie nadawania i 250 mA podczas odbioru. W zależności od wariantu różnią się rodzajem wbudowanych anten i dostępnością złączy do podłączenia anten zewnętrznych. W ofercie znajduje się też niemal identyczna pod względem obsługiwanych standardów konstrukcja, ale wyposażona w interfejs Mini PCI Express. Ze względu na niższe napięcie zasilania, tj. 3,3 V, pobierają więcej prądu – 600 mA w trakcie transmisji i 350 mA podczas odbierania danych. Dla osób, które chcą sięgać po najbardziej nowoczesne protokoły, interesujący może być moduł SparkLAN WPEQ-261ACN(BT), który zbudowano w oparciu o układ scalony Qualcomm Atheros QCA6174A-5. Wspiera on dodatkowo standard Bluetooth 5.0. Podłącza się go poprzez interfejs Mini PCI Express, a więc jest zasilany napięciem 3,3 V. Pobiera 610 mA w trakcie transmisji i 285 mA podczas odbioru danych. Pozwala na podłączenie dwóch zewnętrznych anten. Cechuje się też większą odpornością na skrajne temperatury. Może pracować w zakresie od –40 do +70°C.

Moduły GSM, GPRS, LTE, NB-IoT

Sieć Wi-Fi oraz interfejs Bluetooth nie zawsze odpowiadają wymaganiom środowiska, w jakim będzie pracować projektowane urządzenie. Nierzadko konieczne staje się wykorzystanie istniejącej infrastruktury operatora komórkowego, by zapewnić możliwość przesyłania danych do chmury z niej, na duże odległości, w miejscach, gdzie sieć Wi-Fi nie jest dostępna. W takich sytuacjach warto sięgnąć po nowoczesne moduły LTE lub NB-IoT, zależnie od tego, jaka jest oczekiwana przepustowość. Bywa, że dobrym wyborem jest standard GSM z rozszerzeniem GPRS. Mogą go obsługiwać nawet najtańsze układy, które z powodzeniem będzie można użytkować jeszcze przez wiele lat. Wypada przy tym zauważyć, że na liście technologii komórkowych nie wymieniono żadnego standardu 3G. Dzieje się tak, gdyż powszechność LTE, które jest pod każdym względem lepsze niż technologie 3G, spowodowało szybkie wyłączanie infrastruktury trzeciej generacji przez operatorów. Standardy drugiej generacji są wciąż utrzymywane, zarówno dlatego, że są tanie w użyciu, jak i by zapewnić choćby podstawową łączność dla klientów, którzy mają jeszcze moduły 3G lub sięgają po niedrogie moduły 2G. Dobrym przykładem takich komponentów są moduły firmy Gosuncn Technology Group, stanowiącej część wielkiego chińskiego koncernu ZTE. Najprostszym modelem jest czterozakresowy moduł MG2608, obsługujący transmisję danych przez GSM/GPRS. Nieco bardziej zaawansowany MG2608-G dodatkowo wyposażony został w interfejsy audio, SPI i I2 C. Często w modułach sieci komórkowych integrowane są odbiorniki systemów satelitarnego pozycjonowania – i taki właśnie jest moduł MG2609, pracujący z systemami GPS, Beidou, Glonass, Galileo, QZSS i wspierający SBAS.

Do najbardziej nowoczesnych konstrukcji można polecić moduł ME3616- E1A, który pracuje w standardzie czwartej generacji NB-IoT, w pasmach B1, B3, B5, B8, B20 i B28. Jeśli potrzebna jest szybka transmisja danych, pomocny będzie moduł ME3630-E1C, który pracuje zgodnie z LTE FDD kategorii 4., a ponadto wspiera WCDMA (jeden ze standardów 3G) i klasyczny GSM. Wszystkie omówione moduły firmy Gosuncn Technology Group są dostępne w postaci komponentów SMD. Ich zakres napięć zasilających oraz temperatury pracy zależą od konkretnego produktu, przy czym najbardziej wytrzymały temperaturowo MG2609 może pracować w zakresie od –40 do +85°C.

Moduły Bluetooth i BT-Audio

Nie każde urządzenie musi komunikować się bezpośrednio z Internetem – nawet jeśli mowa o systemach IoT. Możliwość zbierania danych przez interfejs Bluetooth też jest atrakcyjna, szczególnie jeśli mowa o urządzeniach osobistych. Bluetooth w początkowych latach swojego istnienia był wykorzystywany głównie do przesyłania dźwięku, a obecnie cieszy się popularnością we wszelkiego rodzaju urządzeniach do fitnessu oraz w niektórych sprzętach domowych. Aby zaimplementować obsługę Bluetootha, wystarczy skorzystać z prostszego modułu – niekoniecznie wspierającego Wi-Fi. Dobrym przykładem będą komponenty firmy Gigawit, takie jak modele GWBMA30, GBMD00 i GWBMD01. Pierwszy z nich służy do transmisji sygnałów audio. Pozostałe dwa budowane są w oparciu o układ nRF51822 firmy Nordic Semiconductor, znanej z podzespołów o bardzo niskim poborze mocy i pracują zgodnie ze standardem Bluetooth 4.0 Low Energy. Te dwa ostatnie wymagają napięcia zasilania z zakresu od 1,8 do 3,6 V oraz mogą pracować w temperaturze od –10 do +60°C. Różnią się od siebie ilością wbudowanej pamięci Flash: 256 kB lub 128 kB.

Który moduł wybrać?

Duży wybór modułów oraz długa lista producentów sprawiają, że konstruktorzy nierzadko stają przed trudnymi decyzjami i przy ograniczeniach czasowych, z jakimi się mierzą, zdarza się, że podejmują dosyć losowe decyzje. Dlatego warto sięgnąć po pomoc firm, które dobrze orientują się w tym temacie i wśród wielkiej rzeszy producentów wyszukują tych najlepszych, weryfikują ich możliwości, opinie i swoim własnym dobrym imieniem potwierdzają jakość polecanych podzespołów. Jedną z takich firm jest krakowski Micros, który od 31 lat dostarcza komponenty polskim elektronikom. Układy radiowe to jedna z ich specjalizacji. W dobie Internetu Rzeczy Micros intensywnie poszukuje nowych, interesujących wytwórców, by móc zaoferować swoim klientom produkty o najlepszym stosunku jakości do ceny, zarówno pochodzące od popularnych marek, jak i fi rm jeszcze mało znanych w naszym kraju, dopiero wchodzących na tutejszy rynek. Moduły opisane w niniejszym artykule to właśnie przykłady takich podzespołów, na jakich sprowadzenie zdecydowali się specjaliści z Microsa. Wszystkie wymienione produkty są dostępne w naszym kraju, a niebawem pojawią się jeszcze kolejne. Dlatego opłaca się sięgać po pomoc przedstawicieli Microsa, którzy podzielą się swoją wiedzą i doradzą w wyborze komponentu najbardziej odpowiedniego do opracowywanego rozwiązania.

Źródło: "Elektronik" 2019/11, s. 50-51.