随着物联网 (Internet of Things, IoT) 的迅速发展，多种设备间的无缝连接和高精度定位需求变得越来越重要。UWB (Ultra-Wideband，超宽带) 技术因其独到的特性和优势，逐渐成为物联网领域的核心技术之一。在智慧城市、智能家居、工业自动化等应用场景中，UWB技术能够满足物联网设备的多样化需求。本文将为您介绍UWB技术的发展，以及由 Murata (村田制作所) 所推出的相关解决方案。
UWB技术逐渐成熟应用市场日渐拓宽
UWB技术是一种无线通信技术，其特点是使用非常宽的频谱来传输数据。UWB技术自上世纪90年代开始发展，最初主要应用于雷达和军事通信领域。随着技术的进步和成本的降低，UWB逐渐进入民用市场。
UWB技术的早期发展（1990年代）是应用于军事和雷达系统，主要用于高精度的定位和成像。当时的研究重点是如何在不干扰其他无线通信系统的情况下，实现高带宽数据传输。
随着技术的进一步发展，UWB进入了商业应用的研究阶段。2002年，美国联邦通信委员会（FCC）批准UWB在3.1-10.6 GHz频段内使用，并对发射功率订定严格的限制。随后，IEEE 802.15.4a工作组制定UWB的相关标准，为UWB技术的应用设立规范。
2010年代后，UWB技术开始应用于各种商用领域，如准确定位、室内导航和短距离高数据速率通信。随着物联网（IoT）和智能城市的兴起，UWB技术的应用范围进一步扩大。
UWB技术的应用相当宽广，UWB的高精度特性非常适合用于定位。它可以实现厘米级的精度，常用于室内定位系统（Indoor Positioning Systems, IPS），例如在大型建筑物、仓库或工厂内进行人员和资产跟踪。
此外，UWB技术也被应用于移动支付和访问控制系统中，因为它能够提供准确的距离测量和稳定的通信连接。例如，Apple的UWB技术被应用于iPhone和Apple Watch，用于实现无缝的访问控制和准确的设备通信。
在汽车领域，UWB技术应用在汽车免钥匙进入系统（keyless entry system），提供高安全性和防盗功能。此外，UWB还可用于车内乘客监控和车辆间（V2V）通信，以提高行车安全性。
UWB技术适用于各种IoT应用，特别是需要高精度定位和低功耗的场景，如智能家居设备、医疗监测设备和工业自动化系统。UWB技术还可应用在虚拟现实（VR）和增强现实（AR）设备中，提供准确的运动跟踪和无线数据传输，提升用户的交互体验。
UWB技术具备高精度优势，非常适合需要高精度的应用场景；UWB使用宽带谱，能够在短距离内实现高速数据传输。此外，UWB技术可在低功耗模式下运作，非常适合便携设备和物联网应用；UWB的频谱还拥有很强的抗干扰特性，能够在嘈杂的无线环境中保持稳定通信。
UWB技术在经过多年的发展后，已经成为一种多功能的无线通信技术，应用范围宽广，从准确定位到高数据速率传输，具有庞大的市场潜力。随着技术的不断成熟和应用场景的拓展，UWB技术在未来无线通信领域将扮演至关重要的角色。
满足电池供电物联网设备需求的超小型UWB模块
UWB技术通过无线电波飞行时间（ToF）安全且准确地测量距离。针对相关的应用，Murata推出多款UWB模块与相关的评估套件，协助客户加速产品开发。
首先，Murata的Type 2BP是一款超小型UWB模块，其包括了NXP的SR150 UWB芯片组、时钟、滤波器和外围组件，非常适合一般物联网设备，包括电池供电设备。
Type 2BP是具有树脂模塑保形屏蔽的小尺寸UWB模块，采用NXP Trimension SR150芯片组，符合IEEE802.15.4z HRP PHY，支持5、9 UWB通道，支持62.4MHz、124.8MHz和249.6MHz PRF模式，数据速率为6.81Mbps、7.8Mbps、27.24Mbps和31.2Mbps，具有SPI接口，符合FCC与ETSI UWB频谱模板，支持双向测距（DS-TWR）和单向测距（TDoA），可安装3个天线（支持3D AoA 或2D AoA），支持功率校准和晶体校准。
Type 2BP采用ARM Cortex-M33的CPU内核，内置128kB代码RAM，128kB数据RAM，支持外接天线，但不包括射频连接器与天线，工作温度范围为-30至85℃，采用SMT安装与LGA封装，最大尺寸为6.6 × 5.8 × 1.2 mm，重量仅有107 mg，电源电压（Vdc）为1.8V，并通过FCC/IC/MIC（日本）认证，以及ETSI报告、FiRa认证与ISO9001，产品达到MSL第3级，并符合RoHS标准。
为协助客户加速产品开发，Murata也推出Type2BP-EVK评估套件，这是款入门套件，可协助客户使用Type 2BP UWB模块进行UWB开发。该评估套件采用Type 2BP模块（NXP Trimension SR150和NXP QN9090 BLE芯片），具有USB/SWD接口，以及板载3根天线，内置USB/UART转换IC，可通过USB电缆和PC的COM端口供电，并可通过QN9090控制Type 2BP，该开发套件已获得Apple®批准，用于评估支持UWB的配件，这些配件通过运用Apple的Nearby Interaction框架，可与包含U1芯片的Apple产品进行交互。
结合蓝牙低功耗的集成UWB模块
Murata的另一款UWB模块Type 2DK，是一款结合蓝牙的集成UWB低功耗模块，集成NXP Trimension™ SR040 UWB芯片组、NXP QN9090 蓝牙®低功耗与MCU芯片组，以及UWB/蓝牙®低功耗板载天线和外围组件，非常适合使用钮扣电池供电的UWB标签／跟踪器以及一般物联网设备。
Type 2DK模块符合IEEE802.15.4z HRP PHY，符合蓝牙低功耗5.0，采用5与9 UWB频率通道，CPU内核为ARM Cortex-M4（QN9090），内置640KB闪存与152KB SRAM，工作温度范围为-30至85℃，采用SMT安装与LGA封装，最大尺寸为19.6 × 18.2 × 2.3 mm，重量仅有1.296克，采用3V电源电压（Vdc），通过FCC/IC/MIC（日本）与ETSI报告、ISO9001认证，产品达到MSL第3级，并符合RoHS标准。
Murata也配合Type 2DK推出Type2DK-EVK评估套件，这是一款入门套件，可使用Type 2DK UWB模块进行UWB开发。这款综合评估板具有USB/SWD接口，以及板载加速度计，可切换钮扣电池与USB总线电源，内置USB/UART转换IC，尺寸仅有36 × 35 × 12.45 mm，可立即用来评估标签设备。
超小型高质量低功率UWB模块
Murata还有一款UWB模块Type 2AB，设计为超小型、高质量和低功耗的UWB模块，非常适合小型电池供电的物联网设备和应用。
Type 2AB采用Qorvo QM33120W UWB芯片组，支持频道5和9与蓝牙低功耗2.4GHz，通过FCC/IC/TELEC参考认证，集成Nordic IC/nRF52840无主机模块，还具有蓝牙低功耗功能，用于唤醒UWB和更新固件。Type 2AB集成3轴传感器可节省电池电量，并嵌入UWB和MCU的参考时钟。
Type 2AB能够为客户的产品设计和创新带来便利与价值，Type 2AB是市场上至为小巧且高度集成的UWB模块，比CoB解决方案面积减少75%，每个器件的频率、发射功率和天线延迟均经过校准，支持多天线设计和评估。
Type 2AB采用ARM Cortex-M4 CPU内核，具有1MB闪存与256KB内存，支持外接天线，但不包括射频连接器与天线，工作温度范围为-40至85℃，采用SMT安装与LGA封装，最大尺寸为10.5 × 8.3 × 1.44 mm，重量为0.31g，电源电压（Vdc）在VDD1、VDD2和VDDMCU时为3.0V，VUSB1.8V时为5.0V，支持蓝牙5.2，功率等级为1级，内置USB、UART、SPI、I2C主机接口，通过FCC/IC/MIC（日本）、ETSI报告与ISO9001认证，符合RoHS规范与达到MSL第3级。
Murata也推出支持Type2AB UWB/蓝牙低功耗模块的评估板──LBUA5QJ2AB-828EVB，可通过USB接口将板上的Type-C USB端子与PC连接，板子可藉此通电并有串行端口，客户可以通过串行端口终端输入AT命令来评估射频（RF）性能。如果客户将演示固件重新编程到模块中，还可以评估简单的TWR和PDoA功能。
结语
高精度的UWB技术以其出众的定位精度、高速数据传输和低功耗等特点，恰好契合物联网设备日益增长的需求。在智慧城市、智能家居、工业自动化等多个应用场景中，UWB技术不仅提高设备的互联互通能力，还能显著提升系统的总体效率和可靠性。随着UWB技术不断发展和革新，未来其在物联网领域的应用将更加宽广且深入，助力实现更加智能化和效率至高的互联世界。Murata推出的多款UWB模块具有杰出的性能，并提供完整的开发工具套件，将能够协助客户迅速开发UWB应用产品，抢占市场商机。
文章来源：艾睿电子