무선 설계 실패

운송 및 저장을 포함하여 제조의 거의 모든 측면에서 에너지 및 운영 비용 절감을 제공할 수 있는 잠재력을 갖춘 산업용 사물 인터넷 IIoT는 기하급수적으로 성장할 것으로 예상됩니다. 무선 연결은 설치, 적용 및 재구성이 용이하므로 IIoT 채택을 가속화할 수 있습니다. 그러나 IIoT 애플리케이션에서 무선 사용에 반대하는 주장은 주로 부정적인 사용자 경험을 바탕으로 안정성을 중심으로 이루어졌습니다. 무선 키보드부터 데이터 수집기에 이르기까지 모든 것은 범위 제한으로 인해 어려움을 겪습니다. 단일 시멘트 벽이 때때로 최고의 범위 킬러가 되는 경우도 있습니다! 장애가 용납되지 않는 산업 시설의 무선 통신에는 신뢰성과 보안이 매우 중요합니다.

다행히 최근 무선 통신의 신뢰성이 크게 향상되었습니다. 네트워크 아키텍처와 RF 성능이 크게 발전함에 따라 석유 및 가스, 스마트 전기 계량기와 같이 열악한 산업 환경에서 단거리 무선 통신을 사용하는 수많은 장치가 배포되었습니다. 그러나 기술이 성숙해짐에 따라 모든 무선 기술이 제대로 작동한다고 잘못 가정하기 쉽습니다. 무선으로 통신하는 프로토타입 제품을 제작하는 것이 훨씬 쉬워지고 있지만 성능 저하의 원인은 일반적으로 설계자의 전문성과 지식이 부족하기 때문일 수 있습니다. 처음부터 간단한 설계 지침을 따르면 실패를 피할 수 있습니다. 간단히 말해서, 무선 연결은 적절한 RF 설계 없이는 작동하지 않습니다. RF 설계가 작동하지 않는 이유를 모두 해결하는 것은 거의 불가능합니다. 하지만 이전에 흔히 발생한 실수를 검토하면 최소한 이러한 실수는 피할 수 있습니다.

아마도 RF 시스템에서 가장 중요한 부분은 안테나일 것입니다. 안테나는 전자기 복사를 공기 중으로 방출하는 금속 부분입니다. RF 제품이 최대한 잘 작동하려면 안테나의 크기를 전송/수신하는 RF 신호의 주파수와 일치해야 하며, 방해 없이 자유롭게 방사할 수 있는 위치에 있어야 합니다. 안테나가 내장된 RF 모듈은 접지 컷아웃이 있는 캐리어 PCB 가장자리에 위치해야 합니다. 안테나에는 다음 지침이 적용됩니다.

RF 회로는 전기 및 자기 노이즈에 취약합니다. 전기 잡음에는 고주파 고조파가 포함되어 RF 수신기의 감도가 낮아지거나 RF 송신기에 의해 상향 변조되어 전송되어 대역 외 방출이 발생할 수 있습니다. 빠른 클록 신호에 의해 생성된 고조파가 RF 수신기의 감도를 저하시킬 수도 있으므로 RF 회로는 고속 CPU 및 메모리 버스가 있는 시스템에서 멀리 떨어져 있어야 합니다. RF 회로를 트라이악, 스위치 모드 전원 공급 장치 또는 전기 모터용 제어 회로와 같은 스위칭 구성 요소 가까이에 배치해서는 안 됩니다. 전압 스위칭에 의해 생성된 과도 현상은 무선에 의해 스퍼로 전송되어 RF 수신기의 감도를 낮출 수 있습니다.

RF 장치는 일반적으로 전류 소비가 마이크로암페어 정도인 매우 낮은 전력 상태에서 일반적인 전류 소비가 수 밀리암페어 정도인 활성 상태로 이동합니다. RF 장치에 전력을 공급하는 공급 장치(배터리)를 올바르게 선택하지 않으면 전류 소비의 급격한 변화로 인해 전압 강하가 발생하여 RF 장치가 재설정되어 올바르게 전송되지 않을 수 있습니다. RF 회로가 적절하게 분리되지 않고 전원 공급 장치 전압 레벨이 재설정 임계값에 가까우면 무선 전송 중 전압 강하로 인해 RF 회로가 재설정될 수 있습니다.

위의 실수에 대한 실제 사례는 다음과 같습니다.

잡음에 가까운 곳에 위치한 RF 안테나 — 고속 CPU가 있는 게이트웨이는 2개의 PCB를 사용하여 구현되었습니다. 하나는 CPU PCB용이고 다른 하나는 메모리 버스 옆에 내장 안테나가 있습니다. 결과 제품의 범위는 약 2m에 불과했습니다. 재설계 시 안테나는 메모리 버스에서 최대한 멀리 이동하고(인클로저의 제약을 고려하여) CPU PCB에서 멀리 이동했으며 제품 범위가 30미터 이상으로 향상되었습니다.