在未來幾年，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(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程設(shè)備控制。在萬物互聯(lián)的時(shí)代，連接將變得司空見慣，到2020年，Gartner預(yù)計(jì)將有超過200億臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備投入使用。

2019年是5G商用新起點(diǎn)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，5G增加的帶寬、更快的速度和更低的延遲將帶來以前被認(rèn)為不可能的應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)將持續(xù)向多個(gè)產(chǎn)業(yè)深入滲透，如制造業(yè)、運(yùn)輸業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、消費(fèi)領(lǐng)域等。

隨著創(chuàng)新步伐的加快，工程師、設(shè)計(jì)師、供應(yīng)商和制造商將面臨更快的上市壓力。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，每代產(chǎn)品都需要更小、更強(qiáng)大、更易于配置，并且比以前的設(shè)計(jì)使用更少的功率。由于許多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都是由電池供電的，節(jié)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(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景和條件下進(jìn)行測(cè)試，以確保選擇正確的組件以最大限度地延長(zhǎng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的壽命。

物聯(lián)網(wǎng)挑戰(zhàn)＃1-電源管理

由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通常是遠(yuǎn)程部署或在移動(dòng)環(huán)境中部署，因此大多數(shù)設(shè)備都會(huì)使用電池作為主要電源。了解設(shè)備的功耗曲線，是確保設(shè)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(shè)備的功耗，必須在通常遇到的所有操作條件下進(jìn)行測(cè)量。由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)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(nèi)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(cè)量器件的功耗曲線，可能會(huì)遇到如何使用常用電流測(cè)量技術(shù)（如分流器、數(shù)字萬用表DMM或電流探頭）的挑戰(zhàn)。在睡眠模式下，電流可能處于'nA'或'uA'范圍內(nèi)；在激活模式下，例如在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，電流可能會(huì)突然變?yōu)椤癿A”到“A”范圍。此外，當(dāng)前需求中的這些較大的峰值通常在微秒內(nèi)發(fā)生，功耗轉(zhuǎn)換對(duì)于某些測(cè)試儀器來說可能具有較大挑戰(zhàn)性。

雖然它們?cè)谡_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(dāng)前分流器用于此類測(cè)量可能存在問題。即使使用多個(gè)分流器，也可能需要分別測(cè)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，如果選擇過大的值來最大限度地測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍，分流器本身就有沖擊測(cè)試設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)。

物聯(lián)網(wǎng)挑戰(zhàn)＃2-信號(hào)和電源完整性

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用混合信號(hào)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(shù)字信號(hào)，它們對(duì)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(duì)時(shí)鐘和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)產(chǎn)生不利影響的機(jī)會(huì)。許多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都要求在很小的物理結(jié)構(gòu)中高速信號(hào)通道密集，這就增加了串?dāng)_和耦合的風(fēng)險(xiǎn)。

使用良好的信號(hào)完整性設(shè)計(jì)原理（如可能的話，采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信號(hào)路由拓?fù)洌?，控制整個(gè)PDN和互連中的走線阻抗，保持返回路徑長(zhǎng)度短以及在相鄰走線之間保持足夠的空間以減少耦合，都有助于緩解信號(hào)誠(chéng)信問題。盡管遵守諸如此類的良好設(shè)計(jì)原則對(duì)于實(shí)現(xiàn)可靠的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，但具有全面表征在整個(gè)設(shè)備中承載信號(hào)的結(jié)構(gòu)的電氣性能的能力也至關(guān)重要。

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)是表征任何互連線或傳輸線電性能的最常用工具之一。影響信號(hào)完整性的重要特性，如插入損耗、衰減、反射、串?dāng)_、延遲以及差分到共模轉(zhuǎn)換，都可以通過為應(yīng)用程序正確配置的VNA進(jìn)行評(píng)估。此外，一些VNA有能力(通常通過軟件選項(xiàng))對(duì)s參數(shù)測(cè)量執(zhí)行時(shí)域轉(zhuǎn)換，該轉(zhuǎn)換將顯示通道的脈沖響應(yīng)。

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

高達(dá)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(dá)1V。

Gigahertz運(yùn)行帶寬以確保高頻噪聲不會(huì)被檢測(cè)到。

1：1衰減比，可降低測(cè)量系統(tǒng)噪音。

50kΩ阻抗，以減少負(fù)載。

選擇合適的工具來檢測(cè)信號(hào)和電源完整性問題，對(duì)于充分識(shí)別和解決性能不佳的原因以及驗(yàn)證設(shè)計(jì)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(xiàn)這一目標(biāo)的一些工具。

物聯(lián)網(wǎng)挑戰(zhàn)＃3-無線標(biāo)準(zhǔn)兼容性

無論您正在開發(fā)通過Zigbee或Wi-Fi進(jìn)行近距離連接的設(shè)備，還是通過LoRa或LTE-M進(jìn)行長(zhǎng)距離連接設(shè)備，您所選擇的無線協(xié)議將決定您的設(shè)備連接的方式，以及與世界共享數(shù)據(jù)的方式。

通過遵循無線標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范來確保互操作性是實(shí)現(xiàn)最大市場(chǎng)影響力的關(guān)鍵。與EMI/EMC一樣，在設(shè)計(jì)周期的早期進(jìn)行測(cè)試可以幫助您識(shí)別可能導(dǎo)致延遲的問題，并在資格驗(yàn)證階段之前增加開發(fā)設(shè)計(jì)的成本。