Aktuelle Standardsvariabilität zwischen Sende- und Empfangsmodulen in Low-Power-LoRa-Modulen

LoRa-Module sind drahtlose Kommunikationsmodule, die für die drahtlose Kommunikation über große Entfernungen in Anwendungen wie dem Internet der Dinge (IoT), Fernüberwachung und Smart Cities verwendet werden. Die aktuellen Anforderungen an Sende- und Empfangsmodule in LoRa-Modulen werden basierend auf den Anwendungsanforderungen und der Modulleistung bestimmt. Typischerweise sind der Empfangsstrom und der Sendestrom in den technischen Spezifikationen des Moduls aufgeführt. Jeder von ihnen hat seine eigenen Standards.

Bei gängigen LoRa-Modulen werden häufig folgende Standardanforderungen an Empfangs- und Sendeströme angetroffen:

Stromanforderungen des Sendemoduls:  Die Anforderungen an den Sendestrom sind normalerweise höher als die Anforderungen an den Empfangsstrom, da zum Senden mehr elektrische Leistung erforderlich ist, um die Ausgangsleistung zu erreichen. Der Übertragungsstrombedarf liegt typischerweise im Bereich von mehreren zehn Milliampere bis zu mehreren hundert Milliampere. Der spezifische Sendestrombedarf hängt von der Sendeleistung des Moduls, der Betriebsfrequenz und anderen technischen Parametern ab. Im Allgemeinen führt ein höherer Sendestrom zu einem höheren Stromverbrauch beim Senden. Daher liegt der Fokus bei der Auswahl eines Sendemoduls vor allem auf der Sendeleistungsaufnahme und den Stromanforderungen.

Stromanforderungen des Empfangsmoduls:  Im Allgemeinen haben LoRa-Module einen geringeren Empfangsstrombedarf, der normalerweise zwischen einigen Milliampere und mehreren zehn Milliampere liegt. Die spezifischen Anforderungen an den Empfangsstrom hängen von der Betriebsfrequenz des Moduls, der Empfangsempfindlichkeit und anderen technischen Parametern ab. Ein geringerer Empfangsstrom führt zu einem geringeren Stromverbrauch, wenn sich das Modul im Standby-Modus befindet. Empfangsmodule achten auch auf die Größe des Ruhestroms (statischer Strom). Insbesondere bei batteriebetriebenen Anwendungen ist die Reduzierung des Schlafstroms unerlässlich. Durch die Reduzierung des Ruhestroms können Geräte in einen Energiesparzustand wechseln, wenn keine Kommunikation oder Aufgabenverarbeitung erforderlich ist, wodurch der Batterieverbrauch minimiert wird.

Bei Empfangsmodulen mit geringem Stromverbrauch besteht häufig ein Kompromiss zwischen Stromverbrauch und Leistung, beispielsweise der Reaktionszeit. Module mit geringem Stromverbrauch benötigen mehr Zeit, um den Mikrocontroller aufzuwecken. Sowohl der Stromverbrauch als auch die Aufwachzeit können mithilfe von Quarzoszillatoren (XOscillators) ausgeglichen werden.

Im Allgemeinen haben Empfangsmodule mit geringem Stromverbrauch und guter Leistung einen Ruhestrombedarf im Bereich von mehreren Mikroampere bis zu mehreren zehn Milliampere.

Nehmen wir das Low-Power-LoRa-Modul der LoRaCC68-Serie als Beispiel, um die aktuellen Anforderungen des Sendemoduls und des Empfangsmoduls zu erläutern, die der Sendeleistung, der Betriebsfrequenz, der Empfangsempfindlichkeit und den Ruhestromwerten entsprechen.

Die drahtlosen Module der LoRaCC68-Serie sind von NiceRF entwickelte Module mit geringem Stromverbrauch. Das Modul verfügt über einen eingebauten 64-kHz-Quarzoszillator und kann den Mikrocontroller in Situationen mit geringem Stromverbrauch aufwecken. Das Modul verfügt über CE- und FCC-Zertifizierungen und ist von Referenzwert. Die detaillierten Stromdaten für jedes Modul sind in der folgenden Tabelle aufgeführt (Betriebsspannung beträgt 3,3 V, Empfangsempfindlichkeit beträgt -129 dBm und die maximale Ausgangsleistung beträgt 22 dBm oder 160 mW).

Aus der obigen Tabelle ist ersichtlich, dass der Sendestrom im Sendemodul des LoRaCC68-Moduls erheblich von der Betriebsfrequenz beeinflusst wird; Höhere Frequenzen führen zu einem höheren Strom. Der Empfangsstrom im Empfangsmodul hängt vom Quarzoszillator ab; Der passive Quarzoszillator hat einen Empfangsstrom von weniger als 5 mA.

Die Größe des Ruhestroms hängt von der Startmethode ab, wobei Warmstarts etwas höhere Ruheströme aufweisen als Kaltstarts. Darüber hinaus ist der Schlafstrom im STDBY_RC-Modus normalerweise etwas höher als in anderen Taktquellenmodi, da der externe RC-Oszillator etwas Strom benötigt, um ein Taktsignal bereitzustellen. Im Gegensatz dazu kann durch die Verwendung anderer Taktquellen wie Quarzoszillatoren oder TCXOs (temperaturkompensierte Quarzoszillatoren) ein geringerer statischer Strom erzielt werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei LoRa-Modulen der Sendestrom des Sendemoduls und der Empfangsstrom des Empfangsmoduls aufgrund von Faktoren wie Sendeleistung, Betriebsfrequenz, Empfangsempfindlichkeit und Schwingungsmodus variieren. Low-Power-Module haben typischerweise Ruhestromanforderungen im Bereich von mehreren Mikroampere bis zu mehreren zehn Milliampere, und der spezifische Wert hängt von der Startmethode und dem verwendeten Oszillator ab.