物聯網（IoT）由于其提供的許多潛在好處而受到了很多當之無愧的關注。雖然在五年，十年或更長時間內安裝的物聯網連接節點的數量是很多猜測和市場研究的主題（并且還有很多猜測），但有一件事是清楚的：數字將是巨大的。物聯網與其機器對機器（M2M）應用的工業兄弟密切相關，因此兩個類別之間存在許多技術相似性和實現重疊。

從高層次的角度來看，物聯網節點由三個系統功能塊組成（圖1）：1）傳感器或傳感器（溫度，流量，開/關門位置，如例）; 2）數字處理器單元（微控制器），它捕獲傳感器數據并進行處理和分析; 3）連接端口，可以是有線或無線的。如果存在可用的低成本網絡或正在安裝一個網絡，如果安全性是關鍵考慮因素，如果設置是嚴重的EMI/RFI區域，或者只連接幾個點，則前者是一個選項。但是，對于大多數物聯網安裝，由于易于安裝和初始放置的整體靈活性，甚至在需要時重新定位物聯網節點，因此無線鏈接是首選選項。

圖1：IoT或M2M節點的高級系統框圖顯示了三個主要功能：傳感器，處理器和連接接口。

選擇標準無線鏈接并不意味著設計決策已完成且設計過程微不足道。在許多情況下，無線鏈路必須遵守行業和監管標準以及區域批準。設計人員可能需要考慮許多無線物聯網選項。在某些安裝中，由于授權或現有網絡已做出決定。在其他情況下，設計人員可以根據性能，網絡類型（網狀，WLAN，點對點），范圍，功率，頻帶，穩健性等的權衡和優先級來評估選項并做出選擇。當然，成本。還存在安全性，身份驗證和加密等主要問題。

選擇很容易變得撲朔迷離

如果可以考慮所有或大多數無線物聯網連接選項，則可以進行設計分析由于接近絕大多數可行的可能性而具有挑戰性。除了行業標準的接口選項外，如果標準接口不合適或者出于競爭或安全原因需要某種“鎖定”，總是可以選擇設計專有鏈路。作為一般規則，除非有使用專有無線方法的強烈令人信服的理由，否則使用標準技術進入市場會更容易，風險更低，成本更低，速度更快。即使在這些標準版本中，也有許多變體和版本;再次，出于與選擇非專有方法相同的實際原因，通常最好選擇更常見的方法。

物聯網無線連接的競爭者包括Wi-Fi，藍牙（包括藍牙智能，以前的藍牙低功耗），ZigBee，Z-Wave，DECT和ANT +。當然，每個人都有支持者和支持者，以及不同程度的供應商對硬件，軟件和合規性的支持。表1顯示了每個標準的主要屬性，但請注意標準總是在不斷發展，因此表格只是一個粗略的指南。一般而言，物聯網應用不需要太多的范圍或高數據速率，并且保持這些屬性較低會導致電源和射頻階段的電源要求低得多。

標準名稱

標稱頻率（美國）

范圍

數據速率

最大值。電源

Wi-Fi

IEEE 802.11（a，b，g，n，ac，ad）

2.4,5.8,60 GHz

100 m

11-600 Mbps

1 W

Z-Wave

Z-Wave聯盟

908.42 MHz

30 m

100 kbps

1 mW

藍牙

IEEE 802.15.1

2.4 GHz

100 m

1-3 Mbps

1 W

藍牙智能（BLE）

IEEE 802.15.1

2.4 GHz

100 m

1 Mbps

10-500 mW

ZigBee

IEEE 802.15.4

2.4 GHz

10 m

250 kbps

1 mW

ANT +

ANT + Alliance

2.4 GHz

100 m

1 Mbps

1 mW

表1：無線標準的主要屬性。

實施是下一步

一旦做出無線連接決策，下一步就是決定如何實際實施節點。選擇分為三大類：

1）從頭開始設計和構建設計。這通常是最不具吸引力的替代方案，因為它需要相當多的RF經驗和技能，以及軟件協議和堆棧管理方面的專業知識（其中一些可能在市場上從第三方來源獲得）。自己動手可能是專有無線鏈路的必要方法。

2）使用來自信譽良好且經過驗證的IC供應商的參考設計（硬件和軟件）構建無線節點，該供應商也提供開發工具。與上述選項相比，這需要更少的技能和更少的資源，但仍有許多潛在的風險。如果卷足夠高并且功能集可以被剝離到最小，則它可能是成本最低的選項。請注意，BOM或布局中參考設計的任何更改（甚至是小更改）都可能會影響性能;在這方面，RF總是很棘手。

3）使用完整的，隨時可用的模塊和必要的軟件工具。從理論上講，這是最快，風險最小的方法，如果供應商的數量很大，與選項＃2相比可能非常劃算。它還為各種監管標準帶來了一些額外的認證。

無論選擇何種方案，總是存在監管標準和限制，以滿足與頻率使用，帶寬，帶內和外部相關的要求。處理RF鏈路時的頻帶功率，失真和溢出以及其他參數。使用預先認證的模塊是實現這一目標的重要一步，但這只是第一步。包含該模塊的最終產品將需要自己的認證，因為使用經過認證的模塊并不能保證最終設計符合功能和法規要求。天線類型和位置，模塊布置，晶體細節，附近組件和封裝等問題是最終認證和批準過程的一部分。

IC成長為模塊

許多供應商提供基于混合，多芯片甚至單芯片實現的完整RF模塊，用于不同的物聯網無線標準。除了性能和價格之外，各種模式下的電源使用也是一個關鍵考慮因素，因為大多數物聯網應用都是電池供電，無法接入（無法或難以更換）或使用 - 清除（收獲）能源。

藍牙智能（以前稱為藍牙低功耗）IC及相關模塊說明了設計人員如何根據其應用和優先級評估其選項和最佳解決方案。德州儀器（TI）提供CC2541系列2.4 GHz藍牙V4.0低能耗SOC（例如TI CC2541F256），其主要區別在于板載內存，而非RF，數據鏈路或I/O性能。這些器件支持250 kbps，500 kbps，1 Mbps和2 Mbps的數據速率，具有各種超低功耗模式和協議，包括低至17.9 mA的有源模式接收，有源模式發送（0 dBm） ）18.2 mA，功耗模式1，喚醒時間為4μs，270μA，功耗模式2（睡眠定時器開啟）和功耗模式3（外部中斷），0.5μA，工作電源為2至3.6 V.

6×6 mm SOC（圖2），集成了大量其他功能和特性，包括8051微控制器，硬連線格式和協議棧，可觀的RAM，三個定時器，23個通用I/O（ GPIO）引腳，8通道A/D轉換器，看門狗定時器，電池監視器，溫度傳感器，I 2 C/SPI和UART接口。該設備的目標 - 但無法保證符合全球無線電頻率規定，如ETSI EN 300 328和EN 300（歐洲），FCC CFR47第15部分（美國）和ARIB STD-T66（日本）。

圖2：德州儀器（TI）的CC2451系列藍牙智能SOC中的器件高度集成，具有超出基本要求的許多特性和功能，簡化設計，最小化空間，節省功耗并降低成本。

TI與IC一起提供一系列產品開發工具，如評估模塊套件（CC2541EMK），迷你開發套件（ CC2541DK-MINI），SmartRF軟件等。 CC2541的典型應用電路（圖3）顯示了所需的外部元件。

圖3：在典型的應用場景中，只有少數外部元件需要無源元件才能為CC2451器件提供完整的藍牙智能功能。

即使擁有這款功能強大且高度集成的藍牙IC，成功將這款SOC集成到其終端產品中的多方面挑戰也遠遠超過許多OEM希望接受。對于這些情況，諸如TDK SESUB-PAN-T2541之類的模塊提供了另一種選擇（圖4）。它采用TI CC2541F256 SOC，但實際上更小（約4.6×5.6 mm），因為它基于無封裝芯片，還包括晶體，RF濾波器，旁路電容和應用電路的其他一些分立元件（圖5）。用戶仍然必須添加與最終產品的細節兼容的尺寸，類型和位置的天線。

圖4：盡管如此CC2451 SOC系列的完整性，一些設計人員不愿意應對RF電路布局的任何挑戰，而是需要一個完整的，經過認證的模塊，如TDK的SESUB-PAN-T2541。

圖5：完全封閉的SESUB-PAN-T2541模塊大約5平方毫米，需要直流電源和外部天線，以及軟件驅動程序和接口堆棧。

物聯網是其中一種偶然的應用，其中組成部分和市場機會在正反饋關系中方便地相互支持 - 具有諷刺意味的是，工程師通常不愿意看到這種關系。必要的射頻連接組件的供應商正在投資新產品以支持應用并推動其發展;反過來，應用程序的增長導致現有和新的供應商進入市場并生產新的組件。這在RF領域尤其有用，其中需要新的組件和軟件工具來簡化設計人員在嘗試有效地與成功的，符合標準的設計的新的且通常是神秘的世界進行交互時所面臨的挑戰。