ApplikationULP-Kurzstrecken-TransceiverIn den letztenJahren hat sich derMarkt für drahtloseSensornetzwerke(WSN = wirelesssensor networks) undFunkgeräte mit ultraniedrigerLeistungextrem ausgeweitet.Der Einsatz dieserKomponentenermöglicht denÜbergang zueiner weitgehendkontinuierlichenÜbertragung der Datenvon vielen verteiltenMesspunkten.Ihre Stromversorgung erfolgtüblicherweise durch kleinereBatterien oder durch Energieernte.WSN-Anwendungenumfassen Kurzstrecken-Maschine/Maschine-Verbindungen(M2M), medizinischeFühler am Körper und eineMenge anderer Anwendungenfür wachsende neue Märkteim Erfassen und in der Automatisierung.Drahtlose Sensorenam Körper werden grobin zwei Kategorien von Netzeneingeteilt:• Drahtloses Netzwerk für denpersönlichen Bereich (WPAN)• Drahtloses Netzwerk für dennahen Körperbereich (WBAN)WPAN ist der Netzbereichum eine Einzelperson, die denLebens- oder Arbeitsbereichumfasst, gewöhnlich bis zu zehnMetern. Er verwendet Protokollewie Bluetooth und ZigBee.Unter Verwendung derApplication Note:„Ultra-Low Power ShortRange Radio Transceivers“Reghu Rajan, MicrosemiCMPGMicrosemi Corporationwww.microsemi.comBild 1: Anforderungen an einen Ultra-Low Power-TransceiverWBAN ist ein kleinerer, drahtloserNetzbereich um eine Person,normalerweise bis zu einemMeter. Er wird für die Kommunikationder Sensoren verwendet,die mit dem menschlichenKörper verbunden sind.Obgleich WPAN und WBANdefinierte eigene Netzbereichesind, überlappen viele Anwendungendie beiden Netzbereiche.Eine wichtige Komponente fürULP-WSNs sind effiziente Energiespeicherungund -management.Mikroleistungsbatterien,wie z.B. Dünnschichtbatterien,haben in den letzten Jahren großetechnologische Fortschrittegemacht, desgleichen Lösungenfür das Mikroleistungsmanagement.Fortschritte in der ULP-Technologie ermöglichen es,AA- oder AAA-Batterien durchEnergiespeicher mit kleinerenKapazitäten und Baugrößen zuersetzen.Der derzeit letzte Schritt in derWSN-Technologie ist eine neueKategorie drahtlose Fühler, diedurch geerntete Energie betriebenwerden, so dass sie keinenBatterieaustausch erfordern. Sieeignen sich besonders für dieErfassung und Überwachungvon schwer erreichbaren Umgebungenund Anwendungen, indenen Energie geerntet werdenkann. An drahtlose Fühler, diemit geernteter Energie arbeiten,werden mehrere Anforderungengestellt, die strenger als bei batteriebetriebenendrahtlosen Sensorensind:• niedrige Spitzenleistung• ultra-niedriger Standby-Strom• insgesamt niedriger LeistungsverbrauchDies ist ein verhältnismäßigneues Gebiet der WSN-Technologieund hat weit verbreiteteAnwendungsbereiche wie z.B.Medizintechnik, M2M, Militärund der Forschung.Die Technologie- und Designüberlegungenbeim Kurzstrecken-Transceiver spielen eine Rollebei der Leistungsfähigkeit dieserLow-Power-Drahtlossensoren.Damit der Transceiver für dieerwähnten Anwendungen geeignetist, muss er die in Bild 1 inKategorien zusammengefasstenAnforderungen erfüllen.Bild 2: Energie pro Bit vs. SpitzenleistungEntscheidendeFaktorenDie Stromversorgung des Sender/Empfängers ist ein entscheidenderFaktor bei der Auslegungdes drahtlosen Sensors und seinerAnwendung. Da die meistenULP-Sensoren aus kleinenBatterien oder Energieernte-Quellen betrieben werden, sindStromversorgungen unter 2 Vsehr begehrt. Die meisten Sensorenarbeiten problemlos miteiner Einzelzelle, abhängigvon der Batteriechemie. Transceiver,die ab 1,1 V arbeiten,geben zusätzliche Flexibilitätfür das Sensor-Design undreduzieren die Beschränkungendes Leistungs-Managements.Die Versorgungsspannung, derEnergiebedarf des Leistungsverstärkers(bei vergleichbaremBereich) und die Link-Datenratewerden oft ignoriert, wenn manunterschiedliche Lösungen vergleicht.Jedoch haben alle dreieine erhebliche Auswirkung. Einmit 2,5 V arbeitendes Funkgerätverbraucht doppelt so vielLeistung wie ein Gerät mit dergleichen Stromaufnahme aberder halben Betriebsspannungvon 1,25 V. Betrieb mit höhererSpannung wird nur erforderlich,wenn eine Ausgangsleistung vonmehr als 5 dBm erforderlich ist.Dies ist nicht der Fall bei Kurzstreckenanwendungen,wo die6 hf-praxis 9/<strong>2015</strong>
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