LoRa是长距离的简称，是一种低功率广域网（LPWAN）技术，在无执照的ISM频段中运行，并迅速在物联网（IoT）中获得关注。LoRaWAN网络上部署的设备遵循LoRaAlliance®（由500多个成员组成的技术联盟）定义的LoRaWAN协议规范。基于LoRaWAN的物联网设备，预计将在未来五年中大幅增长。根据ABI Research的数据，无许可证LPWAN连接预计将从2021年的3.05亿个增长到2026年的8.44亿个，复合年增长率为23％。

图1：全球LoRa频段部署。资料来源：Skyworks

LoRa使用基于chi的专有扩频调制技术，并且主要在未经许可的1 GHz以下频段中工作（图1），LoRa使边缘设备可以在很长的范围内连接到云，而消耗的功率却很少。这降低了LoRaWAN网络中与云连接的设备的成本和功耗，并成为蜂窝，Wi-Fi和蓝牙的补充无线连接技术。

 LoRa应用

LoRa为智能电表，工业自动化，传感器网络和资产跟踪器等应用程序提供了最佳的连接解决方案，这些应用程序仅在必要时才进行快速传输。

对于低功率，远距离传输，它是一种可以平衡数据速率，范围，容量和功耗的通信技术。需要双向，窄带宽数据通信的系统是LoRa的主要候选者，尤其是那些必须通过墙或整个属性保持连接的系统。

例如，基于LoRa的资产跟踪标签可用于监视产品或人员的位置和移动的安全系统，或用于电池供电的无线传感器网络，例如部署在桥梁上的无线传感器网络，以测量结构完整性。

 开发LoRa产品面临的挑战

基于LoRa的终端设备的设计人员在将产品推向市场时面临着多个挑战，在这些产品中，硬件，软件和云连接必须全部无缝集成和运行。

这些挑战之一是设计一种产品来支持基于地理区域和最终应用的各种功率水平。由于LoRa调制使用扩频技术，因此可以将终端设备设计为传输每个特定区域的最大允许电平。例如，在北美，扩频无线电的最大允许发射功率为+30 dBm（1 W），而在欧洲为+27 dBm（0.5 W）。

LoRa收发器宣传其集成功率放大器（PA）在某些情况下可以从3.7 V电池高效传输高达+22 dBm。但是，对于衰减或降低的电池电压，可以传输的最大功率会大大降低。

这些收发器还提供使用内部稳压器的选项，以最大化效率并保持恒定的输出功率。但是，使用内部稳压器无法解决在较低的电池电压下提供更多功率的问题。由于稳压器的工作需要使用一个较大的外部〜15 µH电感，因此甚至会增加尺寸和BoM成本。

另一个关键挑战是要满足有关杂散发射的法规（即FCC，CE）合规性。为了符合要求，需要在收发器和天线开关之间添加复杂的谐波滤波和匹配网络。对于在射频设计方面经验有限的产品设计师而言，这可能会导致多次设计迭代，从而延迟了上市时间。

每个产品设计人员必须提出的问题是：他们可以设计一种LoRa产品，该产品可在具有不同法规排放要求的地区运行，同时满足当前的消耗量和尺寸目标吗？鉴于所概述的重大挑战，仅通过使用LoRa收发器，极不可能实现最佳结果。

 使LoRa收音机更好

可以在收发器和天线之间使用前端模块（FEM），以有效地优化发射范围和接收灵敏度。FEM集成了发射功率放大，接收低噪声放大，发射和接收路径之间的天线切换以及所需的匹配和滤波。

市售的LoRa收发器通常采用诸如互补金属氧化物半导体（CMOS）之类的单一工艺技术进行设计。尽管此通用过程对于数字模块非常有效，但CMOS并不是功率放大器的最佳过程，特别是对于有效交付大多数LoRa应用中常规使用的功率水平而言。

相比之下，高度集成的前端模块可以利用针对每个功能块的最佳处理技术，利用多种集成电路处理技术，包括砷化镓（GaAs），硅锗（SiGe）或绝缘体上硅（SOI）。

通过将多个具有最佳工艺技术的芯片和无源组件集成到单个封装中，可以将FEM设计为与SoC无关，可以使用不同的体系结构，输出功率水平和增益配置来解决变化的用例和应用。

图2：SKY66423 – SKY6642x系列的一部分。资料来源：Skyworks

图3：SKY6642x系列。资料来源：Skyworks

 Skyworks的LoRa FEM产品

作为物联网无线连接解决方案的领导者，Skyworks为不断增长的LoRa市场开发了一系列FEM。SKY6642x（图3）由四个引脚到引脚兼容的部件组成，这些部件在RF性能和功能架构上进行了权衡，可与市售的LoRa收发器平台一起使用。这些部件被指定为在最大功率和整个工作频率范围内均符合谐波规范，从而简化了最终产品的开发成本和工作量。

对于支持+14 dBm和+27 dBm功率水平的LoRa网关之类的设计，SKY66420可以在有源模式或旁路模式下使用，使用带有或不带有FEM的SoC内部PA，只需很少的软件更改即可。

对于专门支持+27 dBm发射功率电平的设计，可以将更高增益的SKY66423与SoC内部PA配合使用，以降低功率电平。与仅采用SoC的实施方案相比，这将降低总电流消耗（SoC + FEM）。SKY66423本身在915 MHz时具有超过50％的功率附加效率（PAE）。

在接收模式下，SKY66420 / 423具有18 dB的增益和1.5 dB的噪声系数，从而改善了LoRa设备可以远离网关的范围。尽管LoRa接收器的灵敏度取决于带宽和扩展因子，但通过在FEM中使用LNA，可以降低SoC内部LNA增益以节省功耗，同时实现超过几dB的灵敏度提高。

随着物联网设备通过低功率广域网技术（例如LoRa）的连接日益紧密，Skyworks正在提供独特的连接解决方案，使这些设备能够更好地发挥性能，节省电力并在各个地区无缝扩展。Skyworks FEM已经在帮助LoRa设备制造商克服设计难题并更快地推向市场，并且将随着当今和未来新应用的出现而继续发展。