益萊儲專(zhuān)注于創(chuàng )新服務(wù)，解決物聯(lián)網(wǎng)測試的五大挑戰

在未來(lái)幾年，AI、5G、IoT和工業(yè)自動(dòng)化（IIoT）的進(jìn)步將加快行業(yè)變革和創(chuàng )新的步伐?？缧袠I(yè)的各種物聯(lián)網(wǎng)傳感器將用于自動(dòng)數據傳輸和遠程設備控制。在萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代，連接將變得司空見(jiàn)慣，到2020年，Gartner預計將有超過(guò)200億臺物聯(lián)網(wǎng)設備投入使用。

2019年是5G商用新起點(diǎn)，結合物聯(lián)網(wǎng)設備，5G增加的帶寬、更快的速度和更低的延遲將帶來(lái)以前被認為不可能的應用，物聯(lián)網(wǎng)將持續向多個(gè)產(chǎn)業(yè)深入滲透，如制造業(yè)、運輸業(yè)、醫療行業(yè)、消費領(lǐng)域等。

隨著(zhù)創(chuàng )新步伐的加快，工程師、設計師、供應商和制造商將面臨更快的上市壓力。對于物聯(lián)網(wǎng)設備，每代產(chǎn)品都需要更小、更強大、更易于配置，并且比以前的設計使用更少的功率。由于許多物聯(lián)網(wǎng)設備都是由電池供電的，節能至關(guān)重要，必須使用低功率組件，并且不使用時(shí)要確保這些組件斷電。為了優(yōu)化電池壽命，組件必須在現實(shí)的場(chǎng)景和條件下進(jìn)行測試，以確保選擇正確的組件以最大限度地延長(cháng)物聯(lián)網(wǎng)設備的壽命。

|| 物聯(lián)網(wǎng)挑戰＃1  - 電源管理

由于物聯(lián)網(wǎng)設備通常是遠程部署或在移動(dòng)環(huán)境中部署，因此大多數設備都會(huì )使用電池作為主要電源。了解設備的功耗曲線(xiàn)，是確保設備使用壽命期間最大可靠性和性能的關(guān)鍵。

為了完全表征物聯(lián)網(wǎng)設備的功耗，必須在通常遇到的所有操作條件下進(jìn)行測量。由于物聯(lián)網(wǎng)設備旨在最大限度地降低功耗，因此它們可能僅在短時(shí)間內處于活動(dòng)狀態(tài)，其大部分使用壽命都處于“睡眠”模式。

在所有工作模式下精確測量器件的功耗曲線(xiàn)，可能會(huì )遇到如何使用常用電流測量技術(shù)（如分流器、數字萬(wàn)用表DMM或電流探頭）的挑戰。在睡眠模式下，電流可能處于'nA'或'uA'范圍內；在激活模式下，例如在傳輸數據時(shí)，電流可能會(huì )突然變?yōu)椤癿A”到“A”范圍。此外，當前需求中的這些較大的峰值通常在微秒內發(fā)生，功耗轉換對于某些測試儀器來(lái)說(shuō)可能具有較大挑戰性。

雖然它們在正確的環(huán)境中使用時(shí)能夠非常精確，但是由于涉及到較大的動(dòng)態(tài)范圍(可能需要多個(gè)分流器)，將當前分流器用于此類(lèi)測量可能存在問(wèn)題。即使使用多個(gè)分流器，也可能需要分別測試激活模式和睡眠模式，這就很難獲得電流流失的真實(shí)情況。此外，由于固有的電壓下降，如果選擇過(guò)大的值來(lái)最大限度地測量動(dòng)態(tài)范圍，分流器本身就有沖擊測試設備的風(fēng)險。

|| 物聯(lián)網(wǎng)挑戰＃2  - 信號和電源完整性

物聯(lián)網(wǎng)設備設計中經(jīng)常使用混合信號集成電路，其中包括傳感器/ MEMS，同一集成電路上以較低功耗工作的模擬和數字信號，它們對串音非常敏感。低功率分配網(wǎng)絡(luò )通常具有非常小的工作容差，這增加了電源軌上的紋波和噪聲干擾，可能會(huì )對時(shí)鐘和數字數據產(chǎn)生不利影響的機會(huì )。 許多物聯(lián)網(wǎng)設備都要求在很小的物理結構中高速信號通道密集，這就增加了串擾和耦合的風(fēng)險。

使用良好的信號完整性設計原理（如可能的話(huà)，采用點(diǎn)對點(diǎn)信號路由拓撲），控制整個(gè)PDN和互連中的走線(xiàn)阻抗，保持返回路徑長(cháng)度短以及在相鄰走線(xiàn)之間保持足夠的空間以減少耦合，都有助于緩解信號誠信問(wèn)題。盡管遵守諸如此類(lèi)的良好設計原則對于實(shí)現可靠的設計至關(guān)重要，但具有全面表征在整個(gè)設備中承載信號的結構的電氣性能的能力也至關(guān)重要。

矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀(VNA)是表征任何互連線(xiàn)或傳輸線(xiàn)電性能的最常用工具之一。影響信號完整性的重要特性，如插入損耗、衰減、反射、串擾、延遲以及差分到共模轉換，都可以通過(guò)為應用程序正確配置的VNA進(jìn)行評估。此外，一些VNA有能力(通常通過(guò)軟件選項)對s參數測量執行時(shí)域轉換，該轉換將顯示通道的脈沖響應。

關(guān)于電源完整性，最近開(kāi)發(fā)的電源軌探頭有助于在電源軌上進(jìn)行超低噪音測量，它連同示波器一起使用。根據制造商的不同，這些探頭的特點(diǎn)一般包括:

?       高達60V的偏移，以確保電源軌完全移位到示波器顯示屏上。

?       動(dòng)態(tài)范圍高達1V。

?       Gigahertz運行帶寬以確保高頻噪聲不會(huì )被檢測到。

?       1：1衰減比，可降低測量系統噪音。

?       50kΩ阻抗，以減少負載。

選擇合適的工具來(lái)檢測信號和電源完整性問(wèn)題，對于充分識別和解決性能不佳的原因以及驗證設計的真實(shí)性能非常重要。 VNA、電源軌探頭和示波器只是幫助實(shí)現這一目標的一些工具。

|| 物聯(lián)網(wǎng)挑戰＃3  - 無(wú)線(xiàn)標準兼容性

無(wú)論您正在開(kāi)發(fā)通過(guò)Zigbee或Wi-Fi進(jìn)行近距離連接的設備，還是通過(guò)LoRa或LTE-M進(jìn)行長(cháng)距離連接設備，您所選擇的無(wú)線(xiàn)協(xié)議將決定您的設備連接的方式，以及與世界共享數據的方式。

通過(guò)遵循無(wú)線(xiàn)標準的規范來(lái)確?；ゲ僮餍允菍?shí)現最大市場(chǎng)影響力的關(guān)鍵。與EMI/EMC一樣，在設計周期的早期進(jìn)行測試可以幫助您識別可能導致延遲的問(wèn)題，并在資格驗證階段之前增加開(kāi)發(fā)設計的成本。

能夠產(chǎn)生符合標準的信號的矢量信號發(fā)生器和能夠解調這些信號的頻譜/信號分析儀，是根據所選擇的無(wú)線(xiàn)標準評估設備性能的理想工具。

|| 物聯(lián)網(wǎng)挑戰＃4  -  EMI / EMC和共存測試

我們可以將EMC定義為衡量產(chǎn)品是否按預期執行的指標，同時(shí)也不會(huì )妨礙其他產(chǎn)品在共享操作環(huán)境中按預期執行的能力。EMI還可以被定義為阻止設備按預期執行的任何電磁能量。隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信設備的數量持續呈指數增長(cháng)，操作環(huán)境中的電磁噪聲也相應增加，其性能因干擾而降低的風(fēng)險也隨之增加。

雖然使用預先認證的RF模塊有助于降低已完成設備未通過(guò)法規EMC一致性測試的可能性，但它并不能保證最終產(chǎn)品符合相關(guān)要求。

從設計開(kāi)始就使用良好的EMI工程對策，以及在一致性測試階段之前(預一致性測試)評估設備的實(shí)際電磁兼容性能，有助于避免代價(jià)高昂的重新設計和延遲，從而影響產(chǎn)品上市時(shí)間。

在物聯(lián)網(wǎng)設備市場(chǎng)中，醫療設備市場(chǎng)近年來(lái)增長(cháng)迅猛。能夠傳輸實(shí)時(shí)生命體征的設備，無(wú)論是固定的、可穿戴的還是可植入的，在醫院和家庭護理環(huán)境中越來(lái)越普遍。與其他物聯(lián)網(wǎng)設備一樣，醫療設備也有可能成為操作環(huán)境干擾的來(lái)源和接收者。然而，考慮到它們在提供醫療服務(wù)方面的用途，如果它們不能按預期操作，就可能造成危及生命的后果。

由于這些無(wú)線(xiàn)設備的關(guān)鍵功能，共存測試已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)醫療設備設計過(guò)程中的一個(gè)重要部分。IEEE/ANSI C63.27是其中一個(gè)標準，它概述了測試程序和方法，以驗證無(wú)線(xiàn)設備與運行在相同RF頻段的其他無(wú)線(xiàn)服務(wù)共存的能力。AAMI TIR69是另一個(gè)標準，它提供了針對醫療設備的指導，以及如何根據操作環(huán)境中的潛在危險(包括制造商可能無(wú)法控制的外部危險)評估無(wú)線(xiàn)技術(shù)。

與EMC測試一樣，完成的產(chǎn)品可能會(huì )被發(fā)送到一致性測試機構進(jìn)行最終測試。然而，在設計過(guò)程期間的初步共存測試可用于確定設備對其他無(wú)線(xiàn)電信號的容限并確?？梢詫?shí)現可接受的操作水平。如果在早期發(fā)現性能問(wèn)題，就可以采用緩解技術(shù)，并在最終設計建立之前重新評估性能。

頻譜/信號分析儀是EMC預一致性測試和共存測試的關(guān)鍵測試設備。盡管完整的EMC測試需要完全兼容的EMI接收器，但許多現代分析儀可配備軟件包，以幫助促進(jìn)輻射和傳導發(fā)射的預兼容性測試，包括符合CISPR和MIL-STD標準的帶寬、探測器和頻段預設，以及國際公認的EMC標準限制的限制線(xiàn)，以及創(chuàng )建用戶(hù)可選限制的選項。

共存測試利用實(shí)時(shí)頻譜分析儀，并利用高速模數轉換器(ADC)連續采樣頻譜，然后使用實(shí)時(shí)快速傅里葉變換(FFT)顯示測試設備所處射頻環(huán)境的頻譜視圖。矢量信號發(fā)生器還用于生成在預期的模擬操作環(huán)境中會(huì )遇到的信號類(lèi)型，如WiFi和藍牙。

|| 物聯(lián)網(wǎng)挑戰賽＃5  - 無(wú)線(xiàn)連接的射頻性能

雖然一些物聯(lián)網(wǎng)設備將使用有線(xiàn)通信，但大多數將依賴(lài)某種形式的無(wú)線(xiàn)技術(shù)來(lái)獲得對網(wǎng)絡(luò )的訪(fǎng)問(wèn)。在確定如何最好地實(shí)現無(wú)線(xiàn)通信時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)設備的設計者面臨著(zhù)許多決策。其中最重要的是確定使用哪種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)和協(xié)議（WiMax、Wi-Fi，Zigbee、BLE、LoRa、Z-Wave和NB-IoT等） - 以及是否使用預制RF無(wú)線(xiàn)模塊或內部設計。

無(wú)論如何解決這些設計問(wèn)題，RF通信的性能必須在真實(shí)條件下使用適合該任務(wù)的設備進(jìn)行測試。一些常見(jiàn)的測試包括：

頻譜分析儀/信號分析儀通常是發(fā)射機測量的首選工具，而信號發(fā)生器通常用于產(chǎn)生接收機測量的信號，網(wǎng)絡(luò )分析儀通常用于天線(xiàn)測量。

許多現代信號發(fā)生器和信號分析儀為在物聯(lián)網(wǎng)設備中實(shí)現的大多數常見(jiàn)無(wú)線(xiàn)通信標準提供軟件應用支持。它可以生成基于標準的波形，并且可以使用在測試設備本身或具有遠程控制的PC上運行的測量應用來(lái)分析測試信號。如果您的無(wú)線(xiàn)連接使用自定義設計，還有一些應用程序可能會(huì )對您有所幫助。

結論

隨著(zhù)新技術(shù)的發(fā)展和測試標準的演進(jìn)，物聯(lián)網(wǎng)、云機器人和自動(dòng)化方面的創(chuàng )新不斷發(fā)展，對測試和驗證的需求也將會(huì )增加，特別是為了支持電源管理而需要面對的現有的和未來(lái)的挑戰。所有這些新技術(shù)都需要電源和驗證。管理物聯(lián)網(wǎng)設備的電源是一項具有挑戰性的任務(wù)，因為即使在最具挑戰性的環(huán)境中，這些設備也必須始終處于通電狀態(tài)并滿(mǎn)負荷運行。

作為全球領(lǐng)先的測試技術(shù)、租賃和資產(chǎn)優(yōu)化解決方案的供應商，益萊儲/Electro Rent始終專(zhuān)注于提供創(chuàng )新服務(wù)，并持續改進(jìn)，以?xún)?yōu)化客戶(hù)在測試設備上的投資。憑借在各行業(yè)中有效地為全球公司機構降低測試費用和資產(chǎn)成本，益萊儲/Electro Rent通過(guò)處理未充分利用、技術(shù)陳舊或不需要的設備，幫助眾多組織從其測試設備中創(chuàng )造更多的價(jià)值；通過(guò)租用或租賃來(lái)管理設備的高峰需求；減少重復的資產(chǎn)購買(mǎi)需求，并從不需要的資產(chǎn)中獲得最大價(jià)值。