Podzespoły i moduły komunikacyjne ISM – polscy producenci i dystrybutorzy

Gotowy moduł

Obojętnie, czy chodzi o elektronikę konsumencką, czy przemysłową liczba aplikacji i systemów korzystających z technologii bezprzewodowej komunikacji szybko rośnie. Wypieranie klasycznych połączeń kablowych w największym stopniu dotyczy zastosowań, których nie określa się mianem krytycznych z punktu widzenia bezpieczeństwa oraz stabilności działania. Jednocześnie są to takie aplikacje, które charakteryzują się dużą wartością dodaną na skutek uwolnienia się od kosztów i nakładu pracy koniecznego na instalację kabli.

Popularyzacja krótkodystansowej łączności radiowej spowodowała, że wiele firm elektronicznych w swojej działalności styka się dzisiaj z zagadnieniami związanymi z wysokimi częstotliwościami, propagacją fal radiowych, modulacją sygnałów oraz ze wszystkimi szczegółami i niuansami towarzyszącymi falom elektromagnetycznym.

Dla wielu inżynierów jest to wiedza nowa i wykraczająca poza dotychczasową działalność, co sprawia, że na rynku widoczne jest zainteresowanie produktami zapewniającymi stosunkowo prostą implementację toru radiowego. Innymi słowy, wielu specjalistów nie chce lub nie uważa za celowe uczyć się zagadnień radiowych i woli traktować transceiver komunikacyjny jako czarną skrzynkę o znanej funkcjonalności.

Tabela 1. Przegląd ofert dostawców podzespołów i modułów do bezprzewodowej komunikacji w pasmach ISM

Z tych samych powodów lepiej postrzegane są rozwiązania silnie zintegrowane, takie które nie wymagają do pracy dużej liczby elementów zewnętrznych, zapewniają automatyczne strojenie i dopasowanie falowe anteny oraz obsługują złożone protokoły transmisyjne, uwalniające użytkownika od tworzenia sieci, kontroli błędów transmisji i reagowania na błędne pakiety i podobne udogodnienia.

Brak chęci do zagłębiania się w szczegóły bierze się też stąd, że komunikacja bezprzewodowa jest w wielu przypadkach dodatkiem rozszerzającym możliwości istniejących produktów. Dodanie bezprzewodowego toru transmisji można najszybciej i najkorzystniej przeprowadzić za pomocą gotowych do pracy modułów lub monolitycznych specjalizowanych układów scalonych. Jest to również sposób na przełamanie nieufności inżynierskiej wyrażającej się lękiem przed nowymi technologiami oraz faworyzowaniem rozwiązań wypróbowanych, nawet gdy nie są one optymalne.

A może rozwiązanie własne?

Niechęć lub brak wielkiego zainteresowania do zgłębiania zagadnień technicznych związanych z łącznością radiową, modulacjami, kodowaniem danych, w połączeniu z niszowością aplikacyjną i brakiem masowości w zakresie skali produkcji elektronicznej w Polsce powinna w ogólnym przypadku faworyzować producentów gotowych do użycia modułów komunikacyjnych.

Niemniej zainteresowanie większym stopniem integracji układów komunikacji radiowej z aplikacją, wyrażające się na przykład przez użycie mikrokontrolera z wbudowanym transceiverem radiowym, tworzy również silny równoległy nurt sprzedaży. Ale jest to raczej domena nowych projektów związanych na przykład ze zdalnym odczytem liczników lub też systemami zabezpieczeń i podobnymi aplikacjami. To dlatego, że w warunkach krajowych obszary te wiążą się z wielkoseryjną produkcją, a wyroby jednocześnie są na tyle wrażliwe na cenę, że opłaci się optymalizować je od strony konstrukcyjnej.

Rozwiązania techniczne, które zawierają nie tylko sam transceiver komunikacyjny przekształcający sygnał cyfrowy na zmodulowany w.cz., ale także otoczenie w postaci obwodu dopasowującego antenę, wbudowany protokół komunikacyjny lub interpreter języka wysokiego poziomu, standardowy interfejs szeregowy i podobne ułatwienia, powinny być łatwiejsze w implementacji.

Jednak w praktyce wiele krajowych firm elektronicznych przy wyborze kieruje się głównie ceną kluczowego podzespołu i w ten sposób faworyzuje rozwiązania bazujące na monolitycznych układach scalonych, które są tańsze niż układy hybrydowe lub też moduły OEM wykonane w postaci niewielkiej płytki drukowanej.

Oczywiście można dyskutować długo na temat ceny kompletnego rozwiązania, uwzględniającej wszystkie koszty łącznie z pracą inżynierów lub wskazywać na to, że skorzystanie z gotowych rozwiązań jest szybsze i niesie mniejsze ryzyko, ale nie zmieni to faktu, że układy monolityczne cieszą się sporym zainteresowaniem wśród konstruktorów.

Tabela 1.c.d Przegląd ofert dostawców podzespołów i modułów do bezprzewodowej komunikacji w pasmach ISM

Warto zatem zastanowić się przez chwilę nad przyczynami tego zjawiska. Z pewnością układy scalonych transceiverów są w stanie zapewnić minimalną cenę sprzętowej części aplikacji, co wynika z dużej liczby producentów takich półprzewodników na świecie i konkurencji wśród dostawców oraz tego, że technologia półprzewodnikowa przy odpowiedniej skali produkcji jest w stanie zapewnić minimalne koszty, nawet przy dużej komplikacji wewnętrznej.

Nowe konstrukcje scalonych transceiverów są już na tyle zintegrowane, że poza kilkoma elementami zewnętrznymi nie wymagają do pracy innych półprzewodników ani też elementów regulacyjnych. Dostępność obszernej dokumentacji aplikacyjnej powoduje, że podstawowe konstrukcje mogą zostać oparte na projektach producenta i z każdą kolejną generacją ich zastosowanie wymaga coraz mniej umiejętności wychodzących poza typową wiedzę inżynierską. Dlatego linia podziału między rozwiązaniami monolitycznymi a modułowymi wyznaczana jest najczęściej przez kolejne warstwy łącza, czyli protokół sieciowy.

Póki transmisja dotyczy łączności punktpunkt, nie jest wymagana organizacja topologii sieci, a wymagania co do jakości transmisji nie są wygórowane, można protokół komunikacyjny stworzyć we własnym zakresie. Podzielenie danych na ramki, dodanie sum kontrolnych nie jest specjalnie trudne, a dodatkowo można wesprzeć się darmowym oprogramowaniem, na przykład tym udostępnionym przez producenta.

Gdy koszt pracy inżynierskiej nie ma bezpośredniego przełożenia na cenę produktu, rozwiązanie takie można mieć w zasadzie w cenie struktury krzemowej. Dodatkowo coraz więcej nowych układów wspiera lub ma zaimplementowane jakieś protokoły, co ułatwia decyzję.

Ogromna możliwość integracji w krzemie oraz popularność rozwiązań system- on-chip daje możliwość upchnięcia w jednej strukturze dodatkowo mikrokontrolera, co dla firm dysponujących umiejętnościami tworzenia oprogramowania jest jeszcze większą szansą na ciekawy projekt.

Rys. 1. Zestawienie wzrostu obrotów w latach 2006–2008 dla dostawców podzespołów i modułów do bezprzewodowej komunikacji w pasmach ISM. Zestawienie zostało przygotowane na podstawie danych zebranych w redakcyjnych ankietach

W efekcie opisanych procesów na rynku ścierają się dwa przeciwstawne nurty: „modułowy” i „monolityczny”, a o konkretnej implementacji decydują lokalne uwarunkowania kadrowe, aplikacyjne, no i oczywiście ceny. Trudno zdecydować bez wątpliwości, który z nich ma większe znaczenie ani też jak będzie to wyglądało w przyszłości.

Sytuacja szybko się zmienia, co widać po tym, jak wiele nowych produktów omawianych w raporcie pojawia się na rynku. Ceny modułów maleją, możliwości układów monolitycznych rosną, przez co decyzja o zainteresowaniu się daną technologią lub rozwiązaniem nie jest wcale łatwa i wymaga uwzględnienia specyfiki działalności i sytuacji odbiorcy.

Kompletna oferta, narzędzia i wsparcie

Układy nadawczo-odbiorcze w ofertach firm dystrybucyjnych uzupełniane są o złącza do przewodów koncentrycznych, anteny, elementy pasywne, wysokostabilne rezonatory kwarcowe tak, aby podobnie jak w przypadku innych produktów, oferta miała charakter w możliwie największym stopniu kompleksowy. Jest to szczególnie istotne w układach pracujących na wyższych częstotliwościach lub też w takich aplikacjach, gdzie zależy nam na osiągnięciu maksymalnego zasięgu.

Wówczas jakość złączy, kabla lub też materiałów, z jakich wykonana jest antena, może przesądzić o jakości transmisji, liczbie notowanych błędów i tym samym o wynikowej przepustowości łącza. Za warte uwagi zjawisko w dużym stopniu przyczyniające się do rozwoju rynku należy uznać dobrą dostępność narzędzi deweloperskich, a więc zestawów startowych, oprogramowania, darmowych bibliotek procedur transmisyjnych, próbek układów scalonych oraz oczywiście obecność doświadczonej kadry inżynierskiej w zespołach wsparcia technicznego sprzedaży u dystrybutorów.