Considérations sur la conception cellulaire pour une stratégie optimale IoT

Il n'y a jamais eu de meilleur moment pour se plonger dans l'Internet des objets. Aujourd'hui, IoT les développeurs ont accès à une grande variété de plateformes cloud, de dispositifs intégrés, de capteurs et d'options de connectivité - assez pour provoquer une paralysie de l'analyse. Que vous entamiez votre "transformation numérique" pour améliorer l'efficacité opérationnelle et réduire les coûts d'exploitation, ou que vous créiez de tout nouveaux modèles commerciaux autour du service, l'une des pierres angulaires de cet effort sera l'élaboration de votre stratégie IoT . Un ingrédient clé de votre réussite sera la connectivité depuis la périphérie. L'une des méthodes les plus populaires aujourd'hui consiste à intégrer la connectivité cellulaire dans votre application IoT .

Pour vous donner un aperçu du contexte, Digi Wireless Design Services a aidé des centaines d'entreprises à mettre en œuvre avec succès la connectivité cellulaire dans leurs solutions IoT au cours des 15 dernières années. En plus des services de définition de l'architecture, de conception et de construction, nous proposons des ateliers éducatifs pour aider les entreprises à lancer leur processus de développement. Ces services aident les entreprises à se concentrer sur leurs compétences essentielles et à résoudre leurs problèmes commerciaux, tandis que WDS élimine les inefficacités et les problèmes de conception, ce qui permet à l'entreprise d'accélérer la mise sur le marché.

Dans cet article, nous abordons spécifiquement quelques conseils pour intégrer le cellulaire dans votre application.

Pourquoi intégrer le cellulaire dans votre conception IoT ?

 Voici quelques-unes des principales raisons d'envisager le cellulaire :

  • Les appareils cellulaires peuvent être installés sans qu'il soit nécessaire de les configurer sur le réseau Wi-Fi du client.
  • Pas de temps d'installation pour vos installateurs ou ceux de vos clients. Vous n'avez pas à vous soucier de changer les mots de passe et la puissance du signal. Le système est prêt à l'emploi.
  • Les options cellulaires abondent. Les connexions sont d'un ordre de grandeur inférieur à ce qu'elles étaient il y a seulement quelques années.
  • Les réseaux cellulaires parcourent des kilomètres, alors que les réseaux Wi-Fi typiques parcourent des mètres. Le monde est couvert par le cellulaire.

Digi propose plusieurs excellentes options qui facilitent et accélèrent la mise sur le marché, notamment les modules cellulaires et pré-certifiés Digi XBee . Malgré cela, la conception de produits cellulaires présente de nouveaux défis de conception qui doivent être pris en compte. Les développeurs doivent prêter attention à certains éléments propres au cellulaire, notamment les nouvelles technologies qui présentent une plus grande sensibilité du récepteur. Si vous n'en tenez pas compte dans votre conception, vous risquez de développer des appareils qui perdent la connectivité ou, pire encore, qui ne se connectent pas du tout. Cela peut entraîner l'échec des certifications de votre appareil, retarder le lancement de votre produit et perturber vos plans d'affaires.

Vos clients exigent une expérience d'installation facile et transparente. L'envoi de camions de service ou de pièces de rechange par courrier express pour réparer ou remplacer les appareils et les pièces problématiques peut réduire les profits à néant. Parmi ses nombreux avantages, le cellulaire vous permet d'intégrer une installation simple ainsi que des fonctions de dépannage et de remédiation à distance qui favorisent la qualité du service.
 

Leçons tirées de l'intégration cellulaire


Voici quelques leçons durement apprises par les membres de l'équipe Digi WDS et qu'ils recommandent de prendre en compte lorsqu'ils entreprennent un nouveau projet de dispositif cellulaire.
 

1. Faites attention aux EMI et atténuez-les dans votre schéma et votre disposition.

 
Les décisions que vous prenez à cet égard ont une incidence sur la mise en œuvre de la radio et le filtrage du bruit de votre application, la configuration et l'encapsulation du processeur, les horloges et oscillateurs, la configuration et les connexions de la mémoire, la configuration et les connexions des périphériques et la configuration du système d'alimentation.

Quelques conseils à suivre pour la conception de schémas :

  • Isolez l'antenne de l'alimentation, des processeurs et des régulateurs de commutation.
  • Envisagez l'utilisation de LDOs au lieu de commutateurs lorsque cela est possible.
  • Planifier soigneusement la construction, l'empilement et la stratégie de routage des circuits imprimés. Plans de masse ou d'alimentation contigus à chaque couche de signal.
  • Pour chaque connexion de câble ou de fil, veillez à filtrer tous les points d'entrée et de sortie sur le PCB.
  • Utilisez un seul plan de masse solide. Ne créez pas de masses analogiques/numériques séparées, sauf si cela est absolument nécessaire.
  • Le découplage des processeurs à haute vitesse est particulièrement important.
  • Prévoir des blindages sur les processeurs, les régulateurs et les dispositifs de commutation à titre de précaution. Un blindage peut toujours être omis de la nomenclature finale si les tests indiquent qu'il n'est pas nécessaire.
  • Envisagez une révision de votre schéma avant la mise en page et une révision de la mise en page avant la construction des panneaux.

Faire appel à une expertise extérieure pour examiner votre conception peut vous faire gagner du temps et de l'argent en détectant les problèmes à un stade précoce et en les atténuant avant de dépenser de précieux dollars en travail et en matériel. Digi en a effectué des centaines, à la fois comme processus de développement interne et comme aide aux clients qui développent leurs propres conceptions.
 

2. Examiner attentivement la conception de l'antenne

 
Tout tourne autour de l'antenne. Presque tout dans un petit appareil IoT fait partie du système d'antenne ; il est crucial de planifier l'emplacement et de tenir compte des considérations mécaniques. Le métal et d'autres matériaux désaccorderont une antenne, affecteront le diagramme, dégraderont l'efficacité ou se coupleront et rayonneront, ce qui fera échouer la certification de votre application.

Quelques règles à suivre pour la conception d'une antenne :

  • Examinez le choix de l'antenne et son intégration dans l'assemblage mécanique. Disposer d'un espace adéquat pour une antenne appropriée ou l'intégrer dans l'espace disponible peut avoir un impact important sur les performances du système. Plus la taille diminue, plus l'efficacité diminue.
  • Si possible, effectuez une simulation des performances de l'antenne. Les simulations peuvent aider à guider le processus de conception mécanique ainsi qu'à évaluer les candidats potentiels à l'antenne avant la construction.
  • Maintenez les antennes à l'écart des sources de bruit telles que les régulateurs de commutation et les microprocesseurs qui peuvent provoquer une désensibilisation du récepteur.
  • Maintenez l'antenne et la transmission RF à l'écart des réseaux électriques.
  • Lorsque vous utilisez des antennes en céramique, prévoyez un plan de masse adéquat. Une bonne référence est le plan de masse de la carte d'évaluation de l'antenne.
  • Essayez de garder les câbles aussi droits que possible. Évitez les plis et les courbes prononcées qui peuvent provoquer des réflexions.
  • Effectuez des mesures de réglage in-situ pour vérifier les performances à chaque étape du prototypage et surtout dans la configuration finale. Réglez l'antenne pour favoriser les fréquences d'émission plutôt que de réception.

Pour toute question ou assistance sur la conception d'antennes, contactez Digi WDS. Nous aidons en permanence nos clients à résoudre les problèmes liés aux antennes et à s'assurer que leurs conceptions passeront les certifications.
 

3. Ajoutez des tests de sensibilité des récepteurs à votre cycle de développement

 
Effectuez des tests de sensibilité du récepteur (y compris sur le canal intermédiaire) pour caractériser les interférences et les comparer aux exigences de la CTIA et de l'opérateur. Comme mentionné précédemment, un bruit excessif peut désensibiliser le récepteur et dégrader gravement ses performances. Cela est particulièrement vrai avec les radios Cat-M et NB-IoT qui ont une sensibilité accrue par rapport aux autres radios LTE. Pensez aux appareils fixes, par exemple, qui sont déployés à l'intérieur de bâtiments ou dans des zones rurales où les signaux cellulaires peuvent être plus faibles. Un récepteur peu performant peut provoquer des échecs de connexion.

Quelques conseils à suivre concernant la sensibilité :

  • Concevoir en tenant compte de l'EMI comme indiqué ci-dessus.
  • Effectuez des tests de pré-balayage à chaque étape du prototypage pour évaluer vos performances avec une boîte d'appel cellulaire. Effectuez vos tests dans une chambre anéchoïque.
  • Effectuer une analyse spectrale in-situ pour identifier les sources d'émissions parasites, si nécessaire.

Digi a aidé de nombreux clients dans le passé à identifier et à corriger les problèmes liés à la sensibilité des récepteurs. Ayant nous-mêmes réalisé des centaines de conceptions cellulaires, nous pouvons être votre conseiller de confiance et vous guider dans le processus de résolution.
 

4. Conception pour une puissance d'émission optimale

 
La puissance d'émission se traduit directement par la capacité de votre appareil à être entendu par le réseau. La possibilité de répondre ou d'établir une connexion peut être compromise si la puissance de sortie est faible ou si elle est indéchiffrable en présence de niveaux de bruit élevés lors de la transmission. Comme pour la sensibilité du récepteur, chaque opérateur a des exigences auxquelles votre appareil doit répondre pour être autorisé à être utilisé sur son réseau.

Quelques règles à suivre concernant la puissance d'émission :

  • Comme mentionné, réglez votre antenne pour favoriser les fréquences d'émission. Si une bonne réception est importante, la capacité de votre appareil à être entendu est directement affectée par des performances d'émission inadéquates.
  • Effectuer des tests de puissance d'émission pour vérifier que la conception est conforme aux spécifications.
  • Encore une fois, effectuez des tests de pré-analyse à chaque phase de prototypage afin de repérer les problèmes dès le début.

En conclusion

Plusieurs considérations doivent être prises en compte lors de l'intégration du cellulaire dans votre appareil IoT . Digi comprend que votre activité ne se limite peut-être pas à la conception de dispositifs cellulaires. C'est pourquoi les services de conception sans fil de Digi sont là pour vous aider à accélérer votre mise sur le marché tout en réduisant les risques. Contactez-nous dès aujourd'hui pour obtenir votre évaluation des risques et soutenir le succès de votre déploiement IoT !
 

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