Durch IoT-Designs kommunizieren immer mehr Geräte und Bausteine drahtlos mit dem Internet. Eine Herausforderung für Systementwickler ist es, einen Funksender auf dem vorhandenen Platz der Leiterplatte unterzubringen und trotzdem immer noch kleinere Geräte herzustellen, um den Wünschen ihrer Kunden zu entsprechen. Zu den häufigsten Fragen an den Entwickler zählt die nach der erwarteten Größe des IoT-Produkts, gefolgt von Funkleistung und Preis. Im Idealfall würden Ingenieure gern IoT-Komponenten verwenden, die so klein wie möglich sind, eine hervorragende RF-Performance aufweisen und erschwinglich sind.

Herausforderung Größe bei IoT-Designs

Eckdaten

Mit der Entwicklung von SoCs standen Designern von IoT-System drahtlose MCUs zur Verfügung, die auf der Leiterplatte nur wenig Platz beanspruchen. Was ein SoC dagegen nicht löst, ist die Frage der Integration der Antenne für die drahtlose Funkübertragung. Beim Design kompakter IoT-Systeme ist immer die notwendige Freifläche für die Antenne mit einzukalkulieren. Die Entwicklung sehr kleiner Systeme läuft immer auf einen Kompromiss hinsichtlich des RF-Wirkungsgrades hinaus. Zu beachten ist bei der Systementwicklung auch, dass Gehäusematerialien zur Verstimmung der Antenne führen können. SiP-Module mit integrierter, abgestimmter Antenne können hier Abhilfe schaffen.

Mit dem Voranschreiten der Halbleiterherstellung hin zu immer kleineren ICs und der Integration von Mikrocontroller (MCU) und RF-Frontend in ein System-on-Chip (SoC) stehen platzsparende, drahtlose MCUs zur Verfügung. Ein physikalisches Problem löst der Trend hin zum SoC jedoch nicht: die Integration der Antenne. Die Wahl des richtigen Antennendesigns wird oft dem Kunden überlassen oder er wird dazu animiert, einsatzfertige, drahtlose Module mit einer integrierten Antenne zu wählen. Der von einer Antenne benötigte Platz ist ein konstantes Problem bei der Entwicklung kleiner IoT-Designs. Er muss sowohl einen hohen RF-Wirkungsgrad als auch zuverlässige, drahtlose Verbindungen ermöglichen.

System-on-Chip schafft Platz

Während des ersten IoT-Booms in den 2000er Jahren hieß das Branchensegment noch Machine-to-Machine (M2M). Bei den für die IoT-Konnektivität angebotenen Komponenten handelte es sich überwiegend um GPRS-Modems und Bluetooth als Ersatz für serielle Kabel oder proprietäre Sub-G-Funkgeräte. MCUs und Funkmodems waren die Hauptbauelemente und der erforderliche Platz für grundlegende IoT-Funktionalität war normalerweise mit 50 mm in allen Richtungen am kleinsten bemessen. Damit hatten die Bausteine ungefähr die Größe eines Mobiltelefons.

Mit der Möglichkeit, die MCU- und RF-Funktionalität in einem SoC in dieselbe Chipfläche zu integrieren, boten sich neue Möglichkeiten für Entwickler – die IoT-Bausteinarchitekturen verlagerten sich auf drahtlose MCUs. Ingenieure konnten damit IoT-Geräte aus nur einem einzigen Bauelement entwickeln und so viel Platz und Kosten sparen. Damit liegen SoC-basierte Systeme bei der Auswahl der Architektur für aktuelle IoT-Bausteine ganz klar an der Spitze.

 

Warum Antennen besonders viel Platz auf der Platine benötigen und warum bezüglich des Wirkungsgrads ein Kompromiss gefunden werden muss, erfahren Sie auf der nächsten Seite.

Seite 1 von 3123