BST-b HW

Sensoru mezgla aparatūra (WSN/IoT)

(90 minūšu lekcijas plāns)

0-5 min -- Motivācija

• Kāpēc aparatūra ir kritiski svarīga WSN/IoT (enerģija, uzticamība, mērogojamība).
• Parādīt viena īsta mezgla modeli vai foto un pajautāt: "Kādas sastāvdaļas tur noteikti ir iekšā?"

5-18 min -- Arhitektūra + datu/enerģijas plūsmas

• Pamatbloki: sensors => AFE/ADC => MCU/memory => radio/antenna; Barošana.
• Papildus: clocking, reset, power domains, debug port.
• Tipisks darbības modelis: wake => sample => process => transmit => sleep.

18-35 min -- Sensors + AFE + ADC (ar tipiskām problēmām)

• AFE bloki: pastiprināšana (amplification), filtrēšana (filtering), ierosme (excitation), multipleksēšana (multiplexing).
• Aliasing un anti-alias filtri (tikai konceptuāli).
• Troksnis/drifts un kalibrācija (ražotnē vs ekspluatācijā).
• Aktivitāte (5 min): studenti nosaka, kuri parametri ir svarīgākie (a) temperatūras datu reģistratoram, (b) vibrāciju monitoram.

35-48 min -- MCU/SoC, memory un interfaces (kompromisi)

• MCU low-power modes; wake latency vs power.
• DMA/interrupt-driven dizains vs polling.
• Ārējā zibatmiņa buferēšanai/OTA; brownout apsvērumi.
• Saskarnes "zemūdens akmeņi": I²C pull-ups un power patēriņš; level shifting.

48-63 min -- Radio + antenna + link budget + coexistence

• Link budget kā intuīcija: Tx power - path loss + antenna gains - margins ≥ sensitivity.
• Coexistence pārskats (2.4 GHz traucējumi).
• Board-level antenna placement pamatnoteikumi ("rules of thumb").

63-80 min -- Power subsystem + battery life "lab-on-paper"

• Baterijas (CR2032 vs Li-ion vs AA) un to īpašības: temperatūra, self-discharge.
• Regulatori: efektivitāte pie dažādām slodzēm; quiescent current.
• Aktivitāte (10-12 min): grupās, izrēķināt power budget + lifetime estimate + "ko mainīt, lai dubultotu darbības laiku?"
• Peak current diskusija (nepieciešami atsaites kondensatori, jāņem vērā bateriju iekšējā pretestība).

80-88 min -- Reliability + packaging + protection + security anchors

• ESD, konektori, mitruma iekļūšana; watchdog un brownout.
• Īsi: secure element/unique ID/secure boot (kāpēc tas ir svarīgi IoT aparatūrā).

88-90 min -- Noslēgums

• Kopsavilkums: "labas sensor mezgla aparatūras" kontrolsaraksts.