Skyworks遥遥领先的LoRa连接性低功耗FEM，LoRa连接通过低功耗前端模块变得更加智能

LoRa和LoRaWAN基础知识

LoRa是“远程”的缩写，是一种低功耗的广域网络 (LPWAN)在未经许可的ISM频段上运行的技术，发展迅速在物联网(IoT)中获得牵引力。部署的设备在LoRaWAN网络上，遵循LoRaWAN协议规范由超过500人的技术联盟LoRa Alliance定义 成员。基于LoRaWAN的物联网设备预计将在未来五年内大幅增长。根据ABI的研究，预计到2021年，未经许可的LPWAN连接将从3.05亿个增长到2026年达到8.44亿台，复合年增长率为23%。

使用专有的基于线性调频的扩频调制技术，主要工作在未经许可的1GHz以下频段 (图1)，LoRa使边缘设备能够长时间连接到云 范围，同时消耗非常少的功率。这降低了成本 LoRaWAN内云连接设备的功耗网络，并作为蜂窝、通讯设备晶振，Wi-Fi和蓝牙的补充无线连接技术。

LoRa应用

LoRa为以下应用提供了最佳连接解决方案，智能计量、工业自动化、传感器网络和资产 追踪器，只有在必要时才快速传输。

对于低功率、长距离传输，它是一种通信 能够平衡数据速率、范围、容量和功耗的技术。需要双向窄带宽数据的系统 通信是LoRa的主要候选，尤其是那些 必须通过墙壁或整个物业保持连接。

例如，基于LoRa的资产跟踪标签可用于安全性 监控产品或人的位置和移动的系统， 或者用于电池供电的无线传感器网络，例如部署在桥梁上测量结构完整性的无线传感器网络。

开发LoRa产品的挑战

基于LoRa的终端设备的设计者面临几个挑战 产品上市，硬件、软件和云连接 必须全部无缝集成和运行

其中一个挑战是设计一个产品来支持各种 基于地理区域和终端应用的功率水平。作为劳拉 调制使用扩频技术，终端设备可以设计为传输每个特定的最大允许电平 地区。例如，在北美，最大允许传输 扩频无线电的功率是+30 dBm (1 W)，而在欧洲是 为+27 dBm (0.5 W)。

LoRa收发器宣传他们的集成功率放大器(PA) 在某些情况下，可以从3.7 V有效传输高达+22 dBm的信号 电池。然而，对于衰减或降低的电池电压，可以传输的最大功率显著下降

这些收发器还提供使用内部电压的选项 调节器最大化效率并保持恒定输出 权力。然而，使用内部电压调节器并不能解决 以更低的电池电压提供更大功率的问题。它甚至来了 以增加尺寸和材料成本为代价 工作时需要使用一个约15 H的大外部电感

另一个关键挑战是满足杂散发射方面的法规要求(即FCC、CE)。合规性需要添加复杂的 收发器和天线开关之间的谐波滤波和匹配网络。对于RF设计经验有限的产品设计师来说， 这可能导致多次设计迭代，从而延迟上市时间

石英晶体振荡器的每个产品设计师必须问的问题是:他们能设计出 适用于不同监管地区的LoRa产品 排放要求，同时满足当前的消耗和尺寸 目标？考虑到所述的重大挑战，单独使用LoRa收发器的结果不太可能是最佳的。

可以在收发器和之间使用前端模块(FEM) 有效优化发射范围和接收的天线 敏感。FEM集成了发射功率放大、接收低噪声放大，天线在发射和接收路径以及所需的匹配和过滤。

市售的LoRa收发器通常设计成 单一工艺技术，如互补金属氧化物半导体(CMOS输出晶振)。虽然这个通用过程对于数字块，CMOS不是功率放大器的最佳工艺，尤其是 为了有效地提供大多数情况下常规使用的功率水平LoRa应用。

相比之下，高度集成的前端模块可以利用多种集成电路工艺技术，包括砷化镓 (GaAs)、硅锗(SiGe)或绝缘体上硅(SOI)，利用 各功能块的最佳工艺技术。

通过集成多个管芯的最佳工艺技术和无源 组件集成到单个封装中，FEM可以设计成SoC 不可知，使用不同的架构、输出功率水平和增益 满足不同使用案例和应用的配置。

Skyworks的LoRa FEM产品

作为物联网无线连接解决方案的领导者，Skyworks拥有为不断增长的LoRa市场开发了FEM系列石英晶振，SKY6642x (图4)由四个引脚兼容的器件组成，提供多种选择 在射频性能和功能架构方面，可用于 商用LoRa收发器平台。这些部分是 额定谐波兼容最大功率和超过 全工作频率范围–简化终端产品开发 成本和努力。

对于支持+14 dBm和 +27 dBm功率水平，SKY66420可以在主动模式下使用 或旁路模式，使用带或不带的SoC内部PA FEM，需要最小的软件改变。

对于专门支持+27dBm发射功率电平的设计， 更高增益的SKY66423可以与SoC内部PA一起使用 降低功率水平。与仅SoC的实现相比，这导致更低的总电流消耗(SoC + FEM)。 在915 MHz时，SKY66423本身具有功率附加效率(PAE) 超过百分之五十。

在接收模式下，贴片晶振SKY66420/423有18分贝的增益和一个噪声 1.5dB的数字，提高了LoRa设备可以远离的范围 从入口。尽管LoRa接收器的灵敏度取决于 带宽和扩频因子，通过使用FEM中的LNA，SoC 可以降低内部LNA增益以节省功率 实现了超过几个dB的灵敏度提高

随着物联网设备越来越多地通过低功耗连接 LoRa、Skyworks等广域技术提供了独特的 连接解决方案使这些设备能够更好地运行，节省 强大，并跨地理位置无缝扩展。Skyworks FEMs是 已经帮助LoRa设备制造商克服了设计挑战 更快地进入市场，并将作为新的应用程序继续发展 出现在今天和未来。