Comunicare con le onde

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La connettività in radio frequenza è ormai una componente di sistema tanto importante quanto irrinunciabile. La tecnologia Rf è a tutti gli effetti una tecnologia abilitante e il livello di integrazione rappresenta il fattore di innovazione più importante soprattutto nell’implementazione dei sistemi embedded. La realizzazione della funzionalità Rf in termini di processo avanzato su silicio (Cmos) ha rappresentato un importante passo avanti rispetto al processo basato sul Gallium Arsenide (GaAs), che da una parte ha portato alla disponibilità delle principali funzionalità Rf sotto forma di circuiti integrati standard e dall’altra alla disponibilità sotto forma di singolo chip di tutta la funzionalità Rf necessaria a un sistema oppure della integrazione in un’unica soluzione in un sistema di tutta la funzionalità Rf necessaria all’applicazione.
Un esempio di questo approccio viene da Analog Devices, che ha implementato su silicio le funzionalità necessarie al controllo del processo Rf: switch e attenuatori digitali. Il vantaggio del processo su silicio rispetto a quello basato sul processo GaAs sta nel livello di integrazione che consente di avere più funzioni nello stesso dispositivo. Un altro vantaggio è quello dell’operatività a bassa frequenza (fino a 9 kHz) impossibile per il processo GaAs. Per esempio, il chip HMC1118 di Analog Devices è un high isolation silicon Spdt nonreflective switch capace di operare da 9 kHz a 13 GHz
Un esempio di approccio ad elevata integrazione della funzionalità Rf viene da Microsemi, che ha integrato in un singolo chip di ridottissime dimensioni ZL70550 l’intera funzionalità di un transceiver Rf da 779 MH a 965 MHz. Considerando le dimensioni del package Csp di solo 2 x 3 mm, si tratta di un risultato di eccezionale portata applicativa, anche alla luce delle caratteristiche ultra low power (in trasmissione su 50 Ω meno di 2.75 mA a -10 dBm).


Radiofrequenza e telemetria
La comunicazione Rf è alla base delle applicazioni di telemetria. Fattori fondamentali di fattibilità sono le ridotte dimensioni e il basso consumo di potenza elettrica. Il transceiver Rf ZL70550 di Microsemi è la soluzione ideale per applicazioni di telemetria con connettività Rf. Le millimetriche dimensioni e il bassissimo consumo (alimentabile a 3 V con una semplice batteria a bottone CR2032) sono caratteristiche sufficienti alla realizzazione di applicazioni di telemetria. La prototipazione rapida di tale applicazione è fattibile grazie al kit di sviluppo ZLE70550 che integra il transceiver Rf ZL70550 e un microcontrollore che implementa il software applicativo, incluso il protocollo di comunicazione.

Rf analog front-end
I front-end analogici Rf sono componenti ottimizzati noti anche come Codec. Si tratta di un importante sottosistema Rf che integra amplificatori, filtri, ricevitori Adc e sistemi di conversione digitale-analogico per il percorso di trasmissione. Per esempio il front-end analogico AD6679 di Analog Devices è un ricevitore mixed-signal a 135 MHz di banda composto da un Adc a 14 bit e 500 Msps e altri blocchi di digital signal processing come 4 Adc a larga banda, un Nsr e un Vdr di monitoring, un buffer on-chip e un circuito di S&H a basso consumo per supportare comunicazioni con segnali fino a 2 GHz.

Moduli integrati Rf
Per le applicazioni di home e building automation sono particolarmente interessanti i moduli integrati Rf, per esempio l’SP1ML di STMicroelectronics, un modulo Rf low power a 865 MHz e 915 MHz che integra oltre alla funzionalità Rf anche un microcontrollore STM32L1 e l’antenna per aggiungere in modo rapido grazie all’interfaccia host Uart la funzionalità Rf ad applicazioni esistenti. Il modulo utilizza il transceiver sub GHz Spirit1 Rf. Le dimensioni del modulo, grazie all’elevata integrazione, sono molto ridotte (14 x 13,4 x 2,5 mm) e rendono possibili applicazioni embedded con stringenti requisiti dimensionali.

Ricevitore su singolo modulo
Per applicazioni di Sdars (Satellite Digital Audio Radio Service) Maxim Integrated ha sviluppato il modulo Max2140 altamente integrato. Questo è un modulo di piccole dimensioni (7 x 7 mm) altamente integrato che richiede solo un filtro Saw per implementare un servizio radio. Grazie a un’interfaccia I2C è possibile programmare e controllare funzionalità interne come i guadagni, i filtri passa basso e lo shutdown dei singoli blocchi funzionali.

Rf e posizionamento
Uno dei campi applicativi di maggiore rilevanza della tecnologia Rf è quello automotive. In questo campo applicativo, oltre a stringenti requisiti specifici di tale settore, vi è l’importante requisito dimensionale e di basso consumo. Ublox ha realizzato una serie di moduli che supportano i vari servizi di posizionamento Gnss (Gps/Qzss, Galileo, Glonass, BeiDou e Sbas). Questi moduli Gnss, oltre a contenere tutta la funzionalità necessaria alla implementazione del servizio di localizzazione, offrono il vantaggio di essere host indipendenti, quindi contengono ulteriormente le dimensioni dell’applicazione finale. L’architettura di questi moduli Gnss è tale da garantire una buona immunità al rumore senza la necessità di un filtro Saw aggiuntivo. I kit di valutazione consentono di sviluppare in maniera rapida l’applicazione anche grazie alla disponibilità di u-center, un software per la valutazione, misura delle prestazioni e di configurazione del ricevitore Gnss eseguibile in ambiente Windows.

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