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EMBEDDED 82 • NOVEMBRE • 2021 33 RF MODULE | HARDWARE L a connettività wireless è passata rapidamente dall’essere un’opzione di fascia alta per l’elettronica a un requisito per intere classi di prodotti. Anche se a volte è possibile utilizzare reti cablate per le connessio- ni ad altri sistemi su una rete, ora è la connettività wire- less ad essere considerata il meccanismo principale per collegare i sensori ai sistemi di controllo industriale e, attraverso i gateway, a Internet. Protocolli come Bluetooth LE e LoRaWAN hanno per- messo di fornire connettività a lungo termine per i di- spositivi che dipendono dalle batterie anche in luoghi che un tempo erano considerati poco funzionali. Ad esempio, gli standard LPWAN (low-power wide-area network) Sigfox e LoRaWAN consentono a un nodo sensore di trovarsi a 50 km dall’unità gateway più vi- cina. Ciò rende possibile implementare sensori per l’u- tilizzo nell’agricoltura, nel rilevamento della fauna sel- vatica e nel monitoraggio delle condutture in luoghi re- moti. Abbinati a microcontrollori efficienti, i protocolli wireless a bassa potenza possono supportare situazioni in cui un dispositivo necessita di essere ricaricato o so- stituito solo dopo pochi mesi o anche dopo un periodo più lungo, anche quando sono coinvolte comunicazioni a lunga distanza. La gamma di opzioni per la connettività wireless con- tinua ad espandersi sia per le reti a lungo raggio che locali. Bluetooth, Thread, Zigbee e Z-Wave sono tra i tanti protocolli disponibili adatti alle applicazioni per il monitoraggio di edifici e case, nonché per l’automa- zione industriale. I nuovi arrivati sul mercato per l’uso sia locale sia a lungo raggio includono Wirepas, che uti- lizza lo stesso spettro 2,4 GHz di Bluetooth e WiFi, o lo standard DECT-2020 NR da 1,9 GHz per le trasmissioni a lungo raggio. La sfida della progettazione RF Il problema per i produttori di apparecchiature origi- nali (OEM) e integratori di sistemi è affrontare la com- plessità e le scelte che la connettività wireless presen- ta. Ogni protocollo ha le proprie caratteristiche che un team di sviluppo deve prendere in considerazione nel contesto della progettazione di una scheda o un modulo più grande. Mettiamo a confronto i protocolli Sigfox e LoRaWAN. Quest’ultimo utilizza uno schema di modu- lazione dello spettro espanso per evitare interferenze e può supportare una frequenza di dati da 300 bit/s a 50 kbit/s. Sigfox, invece, utilizza la trasmissione a banda STEVAL-IDB 008V2 di STMicroelectronics è un modulo compatibile con il formato degli Shield Arduino che fornisce un’interfaccia radio Bluetooth completa ultra-stretta per una frequenza di dati più bassa. Lo- RaWAN è progettato per supportare la comunicazione bidirezionale, mentre Sigfox è ottimizzato per i trasfe- rimenti dai gateway dei nodi sensori e per un consumo energetico molto basso. Di conseguenza, i due proto- colli si adattano ad architetture di applicazioni diverse. Alcuni standard locali utilizzano la tecnologia mesh per estendere la portata e la capacità dell’infrastruttu- ra wireless senza aumentare il consumo energetico. In un ambiente mesh, i pacchetti che non possono essere inviati direttamente a un gateway possono essere in- dirizzati ad esso utilizzando brevi hop tra nodi vicini. Tuttavia, ci possono essere casi in cui l’applicazione è più adatta a indirizzare modelli punto a punto per mo- tivi di latenza o sicurezza. Per determinare quanto un prodotto funzionerà bene nelle applicazioni del mondo reale, un team di svilup- po potrebbe voler testare diverse opzioni di rete. Potrà quindi optare per una soluzione di connettività wire- less preferita con risultati documentati. Se sceglie di seguire il percorso del circuito personalizzato e della progettazione dell’antenna, questa prototipazione po- trà richiedere molto tempo. Lo sforzo di sviluppo può essere sostanziale nel caso di RF: la maggior parte degli standard wireless richiedono l’integrazione di compe- tenze di progettazione multiple. Tra queste, la cono- scenza delle strutture delle antenne e degli effetti che hanno sui rapporti segnale-rumore, nonché la proget- tazione di amplificatori a basso rumore e mixer analo- gici. Un onere aggiuntivo è il firmware necessario per un microcontrollore host per gestire l’accesso ai canali e le funzioni avanzate come il routing della rete mesh.