低功耗小尺寸4GCat1物联网模组的研发

期刊: 环球科学 2023年第11期 DOI: PDF下载

费振龙

山东云则信息技术有限公司

摘要

随着我国物联网技术的快速发展,我国移动通信的网络在2G、3G的退网条件已经逐步成熟。在全球,由于4G、5G网络的普及,已经有100多家运营企业实施了2G、3G的退网。在我国,随着5G建设高速推进,2G、3G退出舞台也将是大势所趋。2G/3G想要顺利退网,就必须有合适的替代技术,承接海量的中低速物联网终端。工信部于5月7日印发《关于深入推进移动物联网全面发展的通知》,明确提出在保障现有物联网终端网络服务水平的同时,引导新增物联网终端不再使用2G/3G网络,推动存量2G/3G物联网业务向NB-IoT/4G(Cat.1)/5G网络迁移,建立NB-IoT、4G(含Cat.1)和5G协同发展的移动物联网综合生态体系。根据谨慎财务估算,项目总投资432万元,其中:人员人工本投资160万元,约占项目总投资的37.1%;直接投入92万元,占项目总投资的21.2%;流动资金180万元,占项目总投资的41.7%。


关键词

低功耗;小尺寸;4GCat1;物联网模组

正文


引言

本项目的研发对于本公司以及整个无线模组厂商都有着很大益处,无线模组厂商处于产业链中游,处于承上启下的位置,核心价值在于将上游标准化的元器件设计集成,满足下游定制化需求。随着未来智能化的发展,所有智能化的连接都需要模组产品,因此预计未来几年无线模组的价值将高速增长。从替代品替代能力来看,无线通信模组这个行业不存在替代品风险。无线通信模组是实现智能终端及物联网终端接入无线通信网络的关键设备,是连接物联网感知层与网络层的关键设备,具有不可替代性。从潜在竞争者进入能力来看,无线通信模组的开发设计需考虑散热、功耗、信道干扰等问题,具有技术难度。无线通信模组厂商经过长时间发展,已形成技术、人才积累。企业应抓住机遇,获得客户认可并取得较大的市场份额。

1关键技术和实施方案

规范研发项目立项、实施、验收流程,从过程上保障研发项目保质、保量按期完成;合理分配研发资源,明确各部门职责,加强部门间的沟通协作;及时、科学评价项目过程及项目成果,对研发人员在项目中取得的业绩给予及时确认。对于我们研发项目的前期,我们要成立研发团队做好前期的项目准备工作同时深化项目调研,进行资料收集,核实与整理并进行国内外同类产品的对比,找寻目前市面上的产品存在的不足,并完善公司研发项目确定产品目标,技术水平研发方向等。进行研发项目的产品优化选择最终的产品研发方案。中期进行项目研发确定芯片设计要求通过内部讨论确定产品的集成方式,对集成方式和产品硬件进行研究确定最小集成方式达到我们所需最小尺寸。完成产品的硬件设计后要对产品进行软件设计包括协议、AT指令集等。接着便是芯片企业标准的制定包括3C认证、无线等企业认证。最后对外的制作也要及时完成然后是对生产工艺的确定最终投入生产。

针对模块的研发工作,除了设计各种模块的各种封装,保证最小集成程度外,还需要做诸如高低温(至少保证负40到85度可以正常工作)、抗静电能力、抗浪涌能力、射频接收灵敏度、射频功率指标这些最基本的苛刻的测试。只有在这些测试环境下模块丝毫不受影响的正常工作,才能是一个合格的通信模块。完成了性能部分的研发和测试,只是模块研发的10%的工作量;更多的研发任务在于软件的工作量,由于模块的应用环境太过于分散,因此模块会有一套标准的软件接口称为AT指令的方式。通过这些AT指令,外部的设备可以用一种统一的方式,通过AT指令和通信模块进行数据交互,实现信息的传递和获取。

在整体产品设计上,芯片架构设计可能存在一定难度。设计一款芯片,科研人员先要明确需求,确定芯片“规范”,定义诸如指令集、功能、输入输出管脚、性能与功耗等关键信息,将电路划分成多个小模块,清晰地描述出对每个模块的要求。然后由“前端”设计人员根据每个模块功能设计出“电路”,运用计算机语言建立模型并验证其功能准确无误。“后端”设计人员则要根据电路设计出“版图”,将数以亿计的电路按其连接关系,有规律地翻印到一个硅片上。至此,芯片设计才算完成。在超高设计难度的4GCat.1物联网模组上,对于本研发项目将融合多项技术创新,实现高集成度、超低电压续航,成为4GCat.1物联网模组新标杆之一。

2项目创新点

2.11:16x18mm极小尺寸,毫厘必争

面向精细化发展的物联网行业应用,公司选择开拓创新。充分考虑到客户多样化的运用需求:模组小1mm,客户产品设计就有可能灵活一万分。致力于研发更小尺寸的LTE4GCat.1物联网模组模组16.0x18.0mm行业创新的极小尺寸,为物联网发展新增无数可能。

2.2兼容以往2G、NB模组,降低用户切换成本

借助超小尺寸16*18的Cat1模组,实现了三网融合的构想,在不改变板子尺寸,外观大小的情况下完美兼容升级替换。在2G网络的退潮下,虽然Cat.1最近成为了物联网行业的“新宠”,但是此前使用NB模组和Cat.4模组的用户大有人在。为了降低这些用户的切换成本,在本次的4GCat.1系列研发中,推出了尺寸相似功能兼容的经典封装的模组,这样使得广大用户无需更改原有硬件设计,即可根据需求轻松实现从Cat.4到Cat.1的切换。

2.3功耗全面降低

低功耗是Cat.1系列模组成为物联网行业新热点的核心优势之一,公司项目研发Cat.1系列功耗在功耗方面同样有着优异表现。希望功耗全面降低,优势极为明显。

公司将以该研发项目为契机,在对现有产品的技术和工艺进行持续改进、提高公司的研发设计能力、满足客户对产品差异化需求的同时,顺应行业技术发展,不断研发新工艺、新技术,不断提升产品自动化程度,在充分满足下游领域对产品质量要求不断提高的同时,强化公司自主创新能力,巩固公司技术的行业先进地位,强化公司的综合竞争实力。积极实施知识产权保护自主创新、自主知识产权和自主品牌是公司今后持续发展的关键。自主知识产权是自主创新的保障,公司未来几年将重点关注专利的保护,依靠自主创新技术和自主知识产权,提高盈利水平。

结束语

随着蜂窝物联网市场的技术选择终将走向专用和精简,谁能在此时研发出合适市场上的需求必定会在Cat.1市场大放异彩,公司在保持技术自主创新的同时积极进行全球知识产权布局,并在4GCat.1物联网模组模组建立了完备的知识产权体系,我们预计项目研发完成后,该项目将开发新产品1项,修订技术标准3项。预计项目研发完成后,就项目相关的技术及工艺申请专利6项,包括发明2项,实用新型专利3项,外观设计专利1项,软件著作权1项。具体包括电路图、原理图、PCB板设计图、底层程序代码、外壳设计等。同时,在研发项目的过程中对产品进行芯片企业标准的制定申请,包括产品3C认证、入网申请、型号核准等。

参考文献

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