解决物联网测试的五个主要挑战
在未来几年中，人工智能，5G，物联网和工业自动化（IIoT）的进步将加快行业变革和创新的步伐。跨行业的各种物联网传感器将用于自动数据传输和远程设备控制。在万物互联时代，连接将变得司空见惯。 Gartner预测，到2020年，将使用超过200亿个IoT设备。
2019年是5G商业用途的新起点。结合物联网设备，5G的增加带宽，更快的速度和更低的延迟将带来以前认为不可能的应用程序，并且物联网将继续渗透到多个行业，例如制造业，交通运输，医疗行业，消费领域等。
随着创新步伐的加快，工程师，设计师，供应商和制造商将面临更快的市场压力。对于物联网设备，与以前的设计相比，每一代产品都需要更小，更强大，更易于配置且功耗更低。由于许多物联网设备都由电池供电，因此节能至关重要。必须使用低功率组件，并且不使用时必须关闭这些组件的电源。为了优化电池寿命，必须在实际情况和条件下对组件进行测试，以确保选择了正确的组件以最大化IoT设备的寿命。
物联网挑战＃1-电源管理
由于IoT设备通常部署在远程或移动环境中，因此大多数设备使用电池作为其主要电源。了解设备的功耗曲线是确保设备在使用期内获得最大可靠性和性能的关键。
为了完全表征IoT设备的功耗，必须在通常遇到的所有操作条件下对其进行测量。由于IoT设备旨在最大程度地降低功耗，因此它们可能仅在短时间内处于活动状态，并且其大部分寿命处于“睡眠”模式。
在所有工作模式下准确测量设备的功耗曲线可能会遇到如何使用常见电流测量技术（例如分流器，数字万用表DMM或电流探头）的挑战。在睡眠模式下，电流可能在“ nA”或“ uA”范围内；在活动模式下，例如，当传输数据时，电流可能突然改变为“ mA”至“ A”的范围。此外，电流需求的这些大峰值通常在几微秒内发生，对于某些测试仪器而言，功率转换可能更具挑战性。
尽管在正确的环境中使用时它们可能非常准确，但由于涉及的动态范围较大（可能需要多个分离器），因此使用电流分离器进行此类测量可能会出现问题。即使使用多个分流器，也可能需要分别测试活动模式和睡眠模式，这使得难以获得实际电流损耗。此外，由于固有的电压降，如果选择一个太大的值以最大化测量的动态范围，则分流器本身就有影响测试设备的风险。
物联网挑战＃2信号和电源完整性
混合信号集成电路通常用于IoT设备的设计中，包括传感器/ MEMS，在同一集成电路上以较低功耗工作的模拟和数字信号，并且它们对串扰非常敏感。低功率配电网络通常具有很小的工作容差，这会增加电源线上的纹波和噪声干扰的机会，这可能会对时钟和数字数据产生不利影响。许多物联网设备需要在小的物理结构中密集的高速信号通道，这增加了串扰和耦合的风险。
使用良好的信号完整性设计原则（如果可能，使用点对点信号路由拓扑），控制整个PDN和互连的走线阻抗，使返回路径长度短，并在相邻走线之间保持足够的空间以减少空间耦合，都有助于减轻信号完整性问题。尽管遵守诸如此类的良好设计原则对于实现可靠的设计是必不可少的，但全面表征在整个设备中承载信号的结构的电气性能的能力也是必不可少的。
矢量网络分析仪（VNA）是表征任何互连或传输线电气性能的最常用工具之一。影响信号完整性的重要特性，例如插入损耗，衰减，反射，串扰，延迟和差模至共模转换，都可以通过为应用正确配置的VNA进行评估。此外，某些VNA可以（通常通过软件选件）对s参数测量进行时域转换，从而显示通道的脉冲响应。
关于电源完整性，最近开发的电源导轨探头有助于在电源导轨上进行超低噪声测量。它与示波器结合使用。根据制造商的不同，这些探头的特性通常包括：
选择正确的工具来检测信号和电源完整性问题对于完全识别和解决性能不佳的原因以及验证设计的真实性能非常重要。 VNA，电源轨探头和示波器只是帮助实现这一目标的一些工具。
物联网挑战＃3-无线标准兼容性
无论您是开发通过Zigbee或Wi-Fi进行短距离连接的设备，还是通过LoRa或LTE-M进行长距离连接的设备，选择的无线协议都将决定设备的连接方式自动测量设备，并且世界分享数据的方式。
通过遵循无线标准的规范来确保互操作性是获得最大市场影响力的关键。与EMI / EMC一样，在设计周期的早期进行测试可以帮助您识别可能导致延迟的问题，并在认证阶段之前提高开发设计的成本。
可以生成符合标准的信号的矢量信号发生器和可以解调这些信号的频谱/信号分析仪，是根据所选无线标准评估设备性能的理想工具。
物联网挑战＃4-EMI / EMC和共存测试
我们可以将EMC定义为一种产品是否达到预期性能的度量，并且它不会妨碍其他产品在共享操作环境中达到预期性能的能力。 EMI也可以定义为阻止设备按预期运行的任何电磁能。随着无线通信设备数量的不断增长，操作环境中的电磁噪声也会增加，并且由于干扰而导致性能下降的风险也会增加。
尽管使用预先认证的RF模块可以帮助减少完成的设备未通过EMC法规遵从性测试的可能性，但不能保证最终产品符合相关要求。
从设计开始就使用良好的EMI工程对策，并在一致性测试阶段（预一致性测试）之前评估设备的实际电磁兼容性性能，有助于避免成本高昂的重新设计和延误产品的上市时间
在物联网设备市场中，医疗设备市场近年来发展迅速。能够传输实时生命体征的设备（无论是固定的，可穿戴的还是可植入的）在医院和家庭护理环境中越来越普遍。像其他物联网设备一样，医疗设备也可能成为操作环境中的干扰源和接收者。但是，考虑到它们在提供医疗服务中的用途，如果它们无法按预期运行，则可能会导致生命危险。
由于这些无线设备的关键功能，共存测试已成为物联网医疗设备设计过程的重要组成部分。 IEEE / ANSIC63.27是这些标准之一，它概述了测试过程和方法，以验证无线设备与在相同RF频带中运行的其他无线服务共存的能力。 AAMITIR69是另一个标准，为医疗设备以及如何基于操作环境中的潜在危害（包括制造商可能无法控制的外部危害）评估无线技术提供了指导。
与EMC测试一样，可以将成品发送到一致性测试机构进行最终测试。但是，设计过程中的初步共存测试可用于确定设备对其他无线电信号的容忍度，并确保可以达到可接受的操作水平。如果尽早发现性能问题，可以在确定最终设计之前采用缓解技术并重新评估性能。
频谱/信号分析仪是EMC预一致性测试和共存测试的关键测试设备。尽管完整的EMC测试需要完全兼容的EMI接收器，但许多现代分析仪仍可以配备软件包，以帮助促进辐射和传导发射的预兼容性测试，包括带宽，检测器以及CISPR和MIL-STD兼容带宽。频段预设，国际公认的EMC标准的极限线以及创建用户可选极限的选项。
共存测试使用实时频谱分析仪，并使用高速模数转换器（ADC）连续采样频谱，然后使用实时快速傅立叶变换（FFT）进行显示测试设备所在的RF环境的频谱视图。矢量信号发生器还用于生成在预期的模拟操作环境中遇到的信号类型，例如WiFi和蓝牙。
物联网挑战＃5-RF无线连接的性能
尽管某些物联网设备将使用有线通信，但大多数将依靠某种形式的无线技术来访问网络。在决定如何最好地实现无线通信时，物联网设备的设计人员会面临许多决定。最重要的是确定要使用哪种无线通信技术和协议（WiMax，Wi-Fi，Zigbee，BLE，LoRa，Z-Wave，NB-IoT等），以及是否使用预制的RF无线模块或内部设计。
无论如何解决这些设计问题，都必须使用适合该任务的设备在真实条件下测试RF通信的性能。一些常见的测试包括：
频谱分析仪/信号分析仪通常是发射机测量的首选工具，而信号发生器通常用于生成接收机测量的信号，而网络分析仪通常用于天线测量。
许多现代信号发生器和信号分析仪为IoT设备中实现的最常见的无线通信标准提供软件应用程序支持。它可以生成基于标准的波形，并且可以使用运行在测试设备本身或带有远程控制的PC上的测量应用程序来分析测试信号。如果您的无线连接使用自定义设计，那么某些应用程序可能会对您有所帮助。
结论
随着新技术的发展和测试标准的发展，物联网，云机器人技术和自动化领域的创新不断发展，对测试和验证的需求将不断增加，尤其是为了支持电源管理。现有和未来的挑战。所有这些新技术都需要电源和验证。管理IoT设备的功能是一项艰巨的任务，因为即使在最具挑战性的环境中，也必须始终为这些设备供电并以最大容量运行。
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