物联网的关键技术有哪些

物联网的关键技术有低功耗广域网（LPWAN）、蜂窝移动（3G/4G/5G）、Zigbee和其他网状协议等。

一、低功耗广域网（LPWAN）

低功耗广域网是物联网中的新现象。该系列技术通过使用小型的、廉价的电池提供长达数年的远程通信服务，旨在支持遍布工业、商业和校园的大规模物联网应用。

低功耗广域网几乎可以连接所有类型的物联网传感器，促进了从远程监控、智能计量和工人安全到建筑物控制和设施管理的众多应用。尽管如此，低功耗广域网只能以低速率发送小块数据，因此更适合于不需要高带宽且不具有时间敏感性的用例。

此外，同样，并非所有低功耗广域网都是一样的。如今，存在许可低功耗广域网技术（NB-IoT、LTE-M）和未经许可低功耗广域网技术（例如MIOTY、LoRa、Sigfox等）。这些技术在关键网络因素中的表现程度各不相同。

二、蜂窝移动（3G/4G/5G）

蜂窝移动网络在消费者市场中根深蒂固，提供了可靠的宽带通信，并支持各种语音呼叫和流视频应用。不利的一面是，它们会带来非常高的运营成本和电力需求。

虽然蜂窝移动网络不适用于大多数由电池供电的传感器物联网应用，但它们却非常适合特定的使用情形，例如交通和物流中的联网汽车或车队管理。此外，像车载信息娱乐系统、交通路线、高级驾驶辅助系统（ADAS）以及车队远程信息处理和跟踪服务都可以依靠无处不在的高带宽蜂窝移动网络。

具有高速和超低延迟的下一代移动网络5G将成为自动驾驶汽车和增强现实（VR）的未来。预计5G还将实现用于公共安全的实时视频监控、用于互联健康的医疗数据集的实时移动传输，以及一些对时间敏感的工业自动化应用。

三、Zigbee和其他网状协议

Zigbee是一种短距离、低功耗无线技术（IEEE 802154），通常部署在网状拓扑中，以通过在多个传感器节点上中继传感器数据来扩展覆盖范围。与低功耗广域网相比，zigbee提供了更高的数据速率，但同时由于网格配置而降低了能耗效率。

由于它们的物理距离短（《100m），Zigbee和类似的网状协议（例如Z-Wave、Thread等）最适合节点分布均匀且非常接近的中程物联网应用。通常，Zigbee是WI-FI的完美补充，适用于智能照明、暖通空调控制、安全和能源管理等各种家庭自动化应用。

由于LoRa是单一公司的私人协议，所以很难实现将来的长期技术发展。如果创新技术不能持续下去，就没有未来。企业非常重视网络投资成本的保护和现有资源的最大利用。
同时，面对5G巨大的市场增长机会，职业生涯当然不容错过。他们在5G进入发展规模之前会仔细修正各投资方向，不仅对现在，对将来也有利。
因此，至少在以上几个方面，LoRa与NB-IoT角逐的过程中，LoRa获胜的机会很小。

属于。低功耗广域网络是面向物联网中远距离和低功耗的通信需求，近年出现的一种物联网网络层技术。Lora，Weigthless，80211ah，NB-IoT都属于低功耗广域网络技术的一种。

我觉得蓝牙技术是几大无线通信技术中最适合物联网发展的，它的低功耗和低辐射就是一大优势。据我所知，早在今年年初，蓝牙路由器就获得了美国CES大奖，上个月的世界物联网大会上，蓝牙路由器也获得了银奖，证明了在物联网行业内，对于蓝牙物联网是认同的。

相对于4G网络，它的优势有以下四方面。
1、广覆盖，相比于同频段GSM有着20db的覆盖增益。
技术特点：功率谱密度提升，重复次数和编码增益。
2、低功耗。十年电池寿命。
技术特点：简化协议，芯片功耗低。功放效率高。发射/接收时间短。
3、大链接。相对于lte有着100倍链接数。
技术特点：频谱效率高，小数据包，低激活比。
4、低成本。一个模组成本约5刀，方便实现大规模部署。
技术特点：简化射频硬件，简化协议，减小基带复杂的。

一次电池物联网设备

许多小型IoT器件要求用一次电池长期工作。

因此，在为传感器、MCU、无线通信各功能供应超低消耗工作且高效电源的同时，电池控制、监视也变得重要。在此，将示例一种解决方案，其添加了一般且适合电池长期工作的电源配置及切断运输和不使用时的电源消耗的功能。

备注：关于锂一次电池
30V是二氧化锰型　/　36V是亚硫酰氯型

解决方案概要

关于升压IC

电路框图(a)是可将MCU直接连接到电池的情况。简单的IoT/安全/可穿戴/医疗的小型器件多为这种结构。

近年来，在18V～38V的大范围内工作的MCU越来越多，这种情况下，无需使用电源IC，即可直接连接到电池使用。对此，RF和传感器需要33V的固定电压，即使工作电压宽也为了要满足规格，大多需要一定电压以上的电压，即需要升压IC。RF和传感器不会一直工作，有时RF也会每天通信一次，而且是几秒钟。

此外，即使看起来像一直在工作，其实有很多情况是通过细致地ON/OFF控制降低消耗电流，使电池耐用。为实现上述工作，在需要时，MCU将对RF和传感器的工作进行ON/OFF控制。此外停止时，不仅会停止RF和传感器的功能，还会使升压IC及稳压器停止工作，可长时间使用电池。要抑制工作时的纹波，使其噪声频率恒定，PWM固定型适合。

如果轻载的工作状态存在，则使用PWM/PFM转换（自动切换工作模式）型。此外，要抑制EMI，并使其小型化，线圈一体型适合。升压 DC/DC

XCL102: PWM, 线圈一体型XCL103: PWM/PFM, 线圈一体型XC9141: PWM, 外置线圈XC9142: PWM/PFM, 外置线圈

关于LDO

为了使RF和传感器的电源噪声更低，有时会在升压IC的后级使用稳压器。具有高纹波抑制比/低噪声并且良好的负载瞬态响应特性的高速LDO最适合于消耗电流的陡峭变化的RF部位此外，传感器用途中100kHz以上的噪声重要的情况下，也有高频噪声低的低消耗型比高速型更适合的情况。稳压器

XC6233: 高速

XC6215: 低消耗

关于RESET IC

监视电池电压，电压下降时，向MCU发送信号。使用超低消耗型，抑制对电池的负担。

MCU的电源电压与正在监视的电压相同，所以可使用CMOS输出型。CMOS输出型无需上拉电阻，不会有流过上拉电阻的消耗电流。也减少零部件，N沟开漏产品在电池电压下降时输出“L”时，使用的上拉电阻的会有电流流过消耗电流会增加，会影响电池寿命。MCU中也有UVLO和A/D转换器等能监视电压的产品，作为低消耗电压监视和功能安全，MCU外部需要监视功能时，电压检测器很有用。电压检测器XC6136 C型: Iq～100nA (C型 : CMOS输出)

关于改善电池的耐久性的解决方案 / Push Button Load SW

电路框图(b)是一种通过添加Push Button负载开关，功能追加和大幅度改善电池的耐久性的解决方案。为了共享MCU控制和按钮控制需要开关引脚右侧的SBD和MCU的VDD的上拉电阻是需要的。

Push Button 负载开关XC6194: 1A SW内置XC6193: 支持外置Pch驱动大电流
本解决方案具有以下很大的优点。

1、防止从产品出货到开始使用的电池放电

被称为“Storage模式”、“Ship模式”。最适合不能拆卸电池的设备。此时的消耗电流几乎为0。通过按下按钮，即可开始使用。当然，可与此IC共享MCU控制用的按钮。

2、可用作主电源ON-OFF开关

可用按钮代替机械开关进行ON-OFF。例如，最适合防水设备。MCU可向SHDN引脚发送信号，并关闭Push Button负载开关。此外，我们还准备了可通过长按按钮关闭Push Button负载开关的类型。

3、解除死机

设备死机等异常时，可有效利用长按按钮的OFF功能。选择长达5秒或10秒的类型误 *** 作而关闭的可能性会降低，适用于死机对策。关闭后，再次按下按钮即可使之正常启动。并且Push Button负载开关作为对电池有益的功能，具有以下特点。

通过冲击电流防止功能，抑制启动时的冲击电流
启动完成后有PG引脚输出可起动使下一级电源IC和MCU工作。

12V UVLO功能让Push botton负载开关进入Shutdown状态，有防止电池漏液的效果。VOUT大幅下降时，通过输出短路保护功能进行Shutdown保护
如上所述，即使是以直接连接到电池工作的MCU为核心的简单的IoT器件，稍微花点功夫就可进一步改善电池的耐久性和容易满足小型高灵敏度要求。

Li-ion Polymer互联网设备

虽然是电池工作，但传感器和通信的频率高且功能复杂的IoT器件大多使用Li-ion/Polymer二次电池。对一次电池的充电控制和配合电源电压的超低消耗降压DCDC的追加是有代表性的电源解决方案。

解决方案概要

关于CHARGER IC

使用Li-ion/Polymer的IoT器件需要充电用电池充电IC和将电压降至MCU的电源电压范围内的降压DC/DC或稳压器。首先，我将说明电池充电IC的用法。充电电压（CV : Charge Voltage）和充电电流（CC : Charge Current）是基本选择。根据所需的充电电流，选择充电IC和电阻RISET。

电池充电ICXC6808: 5mA ~ 40mAXC6803: 40mA ~ 280mAXC6804: 200 mA ~ 800 mA

本电路框的Li-ion/Polymer电池是内置NTC，外置PCM（电池保护电路）的情况。无论内置/外置都需要PCM。关于NTC，如果没有内置在电池中，请注意放置场所并将其外置。如果不需要NTC，请通过电池充电IC指定的方法处理NTC连接引脚。这里显示充电状态的CSO引脚已用于向MCU发送充电情况。CSO引脚为N沟开漏输出，已通过电阻上拉到MCU的电源，以使信号的“H”电平与MCU的I/O电压范围相匹配。

如果用LED显示充电状态，则通过限制电流用电阻驱动LED，使该电源从VIN获得。这是为了避免用充电IC供应的充电电流驱动LED。VIN中放置了浪涌保护用TVS。因为是外部引脚，可能会有ESD等浪涌、及劣质USB适配器在无负载时也可能会产生相当高的电压，要用TVS和齐纳二极管采取对策。

此外，在充电的同时使用负载电流的情况、或一直供电5V，将Li-ion/Polymer电池用于备用时，可使用具有从VIN或电池两者输出提供适当电流的Current Path功能的高功能充电IC。带Current Path和Shutdown 电池充电ICXC6806

关于MCU专用降压DC/DC及LDO

Li-ion/Polymer电池高达CV = 42V或435V，一般来说，最大38V左右的MCU需要降压DC/DC或稳压器。在IoT设备中，MCU许多期间在Sleep状态下工作，因此IOUT从μA级（Sleep时）到100mA以上（工作峰值时）必须高效。通过将在超低消耗的同时搭载输出电压切换（VSET）功能的降压DC/DC用于此用途，可进一步改善电池的耐久性。如果使用输出电压切换功能，即使使用电流相同也能降低工作电压，可大大降低功耗。一般来说，MCU因内置的RF、模数和高速运算等，所以在工作时需要较高的电源电压，但可在Sleep时以最小电压工作。例如，Sleep时通过将VOUT从30V降至18V，可减少MCU的功耗，大幅改善电池的耐久性。降圧DC/DCXC9276: Iq = 200nA, 输出电压切换功能XCL210: 线圈一体型 Iq = 05μA (无输出电压切换功能)
如果要廉价配置解决方案，稳压器适合。
此外在可充电的应用程序中，即使是效率低下的稳压器，有时也会被判断没有问题而使用。稳压器XC6504: Iq = 06μA, 无需输出电容

关于RF/Sensor专用降压DC/DC及LDO

RF和传感器也因电池电压高而需要降压DC/DC和稳压器。

RF中重要的是低纹波且低EMI。此外，RF特别在发送时的电流变化陡峭，所以瞬态响应出色的HiSAT-COT控制适合。降圧DC/DCXC9281: PWM, 世界最小解决方案（352mm2）/低EMIXC9282: PWM/PFM, 世界最小解决方案（352mm2）/低EMIXCL221: 线圈一体型 PWM，12MHz/高效/低EMIXCL222: 线圈一体型 PWM/PFM，12MHz/高效/低EMI
仅在需要MCU时，设CE=“H”，工作降压DC/DC，向RF和传感器供应电压使之工作。停止时，不仅会停止RF和传感器的功能，也会停止降压DC/DC的工作，可使电池长时间使用。要抑制工作时的纹波，使其噪声频率恒定，PWM固定型适合。如果有轻载的工作状态，则使用PWM/PFM转换（自动切换工作模式）型。如果要使用稳压器，高纹波抑制/低噪声且像RF一样的消耗电流变化陡峭的负载瞬态响应出色的高速LDO最适合。此外，传感器用途中100kHz以上的噪声重要的情况下，会有高频噪声低的低消耗型比高速型更适合的情况。稳压器XC6233: 高速XC6215: 低消耗

关于RESET IC

使用超低消耗电压检测器可监视电池电压。MCU的电源电压与检测的电池电压不同，因此要使用N沟开漏型，通过电阻上拉到MCU的电源电压，并将信号传递给MCU。如果想降低检测后的上拉电阻消耗电流，将监测（VSEN）引脚从电源（VIN）引脚中分离，并使用CMOS输出型。通过从MCU的电源电压获得电源，可使用CMOS输出型。电压检测器XC6136 N型: Iq～100nA (N型 : N沟开漏输出)XC6135 C型: Iq～100nA，传感引脚分离型 (C型 : CMOS输出)

关于Push Button重启控制器

关于作为死机对策而附加的Push Button重启控制器。

Push Button重启控制器XC6190
Li-ion/Polymer的IoT设备一般不能拆卸电池，所以需要在死机等设备异常时进行复位并使之重新启动的功能。本例中有两个MCU控制用按钮，Push Button重启控制器与其共同使用。死机时，同时持续按下两个开关，规定的时间过去后，RSTB下降到“L”，可复位MCU。RSTB为N沟开漏输出，因此将上拉到MCU的电源电压。这里是向MCU发送了RESETB信号，另外也有例如控制驱动MCU电源的降压DC/DC的CE，通过长按RESET关闭DC/DC来强制重新启动的方法。如上所述，通过配置最合适功能的IC，可实现简单而工业设备所需的低噪声、长寿命的高性能IoT设备。

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