一台联网设备，和任何嵌入式板子用的是同一类元器件，只是多了一颗无线电，以及让它在无人看管下自己运转的那几样东西。真正主导选型的是无线电和功耗预算，处理器反而没有桌面经验里那么关键。

和摆在工作台上的板子相比，这份物料清单有三处不同。它的电源要撑上几个月甚至几年，而不是从墙上的插座取电。它通过的那条链路属于别人，行为没法完全预料。它的服务周期足够长，长到产品还在卖、某些元件就已经停产。下面几乎每一个选择，都能追溯到这三种压力之一，而原理图上看起来最普通的元件，往往是最费心挑的那些。

先把设备接上网络

连接方式要最先定下来，因为它在板子其余部分还不存在时，就已经定死了天线和大半的功耗预算。一颗要靠纽扣电池撑一年的设备，不可能和一台贴在墙上、背后接着市电的设备用同一种无线电。射程越远通常越费电，而一个地区允许使用的频段又会进一步收窄选择。

对于只在近距离、不定时发一点小数据的电池设备，Bluetooth Low Energy 是常见答案，主要工作落在挑一颗合适的 BLE 主控上，让它的休眠电流和链路预算满足产品需要。更难拿捏的是设备想要真正的带宽、或要直接接入 IP 网络的时候，这时团队得在 WiFi 和更低功耗的无线之间权衡，接受各自在电流和协议栈复杂度上的代价。

过了几十米，选择就变了。亚 G 赫兹链路能用很小的功耗打到一公里以上，适合散布在场地各处的仪表和传感器。在没有网关可依靠的地方，设备得自带回传，工作便转向选一档蜂窝制式，从低速率的 LTE 类别往上，对照功耗、成本，以及运营商还会把那套空中接口维持多久。在室内众多节点之间，一张 Zigbee 或 Thread 自愈网让每台设备都能找到其它节点，并绕开失效的那一个。

不是每条链路都跑数据会话。NFC 和 RFID 在标签一侧完全不带电池，就能传一个身份或一小段数据，所以它们出现在门禁卡和资产标签上。位置本身也是一种数据，要上报自己在哪的设备会装一颗卫星定位接收，它的天线和首次定位时间，要和无线电一样仔细地排进预算。

无论哪个频段，无线电只有在天线和前端与之匹配、并留出干净的板上空间时才发挥得出来，这一步悄悄拖垮的设计，比协议选错还多。很多产品干脆省掉独立无线电，把链路和应用合进一颗无线 MCU，用一点灵活性换更小更便宜的板子。而当设备本身就是别人的汇聚点、接着市电又固定不动时，它常常接一条有线上行进入楼宇网络，去承载各无线电收上来的流量。

要能撑住的供电

联网设备的功耗预算，主要由两个和处理器没多大关系的数字决定：板子在休眠时吸多少电流，以及无线电多久醒来说一次话。一个几乎一生都在休眠的设计，成败系于那个以微安计的休眠数字，远在它醒着时跑多快之前。

把这笔账算一算，休眠数字为什么主导就清楚了。拿一颗每分钟醒一次的传感器来说，它大概醒两百毫秒读一路通道、以约十毫安发一个短包，其余时间以几微安休眠。一天里醒着耗掉的能量真实存在却不大；而那股休眠电流，每时每刻每一秒都在流，才是掏空一颗只有两三百毫安时的纽扣电池的元凶。把休眠电流从十微安压到一微安，预期寿命就可能从不到一年挪到好几年，无线电和固件一行都不用动。正因为这种敏感度，器件周围的电源管理才会被抠得这么细：稳压器的静态电流、两次唤醒之间维持电压轨的那个东西的漏电、把不工作的区块断电的负载开关。一颗在一百毫安下很高效的稳压器，要是空载时自己就吃二十微安，照样能毁掉一份无线电本来塞得进去的预算。电池化学体系给这一切定了上限，而现场设备往往指望不上有人来换电芯，于是设计要么把电池按整个服务周期来选，要么想办法给它续上一点。这就轮到选电芯并采集一点能量，无论是来自一小块太阳能板，还是设备所附机器的振动。采集来的电很少稳定、也很少充裕，所以通常先充进一个缓冲，设备再从里面取，而采集前端必须在低到阴天也还能挤出一点的输入电平下就开始工作。温度也在拉扯电芯：锂纽扣电池在低温下让出容量、抬高内阻，所以一颗标称能在零下二十度工作的设备，在冷处的实际余量更小，电芯老化之后，一次发射脉冲就可能把电压轨拉低到掉电复位。自放电在负载还没取电之前，每年先吃掉自己那一小个百分比，搁在十年期的设计上这不是可以四舍五入掉的零头。做过几台这种东西的人，会拿一张表把那些持续的消耗加在一起，休眠电流和稳压器开销首当其冲，再按温度和老化打个折，然后才肯相信盒子上的寿命数字。

等设备醒着，或者它靠采集来的电、靠市电运转时，问题转向把那份电干净地转换成无线电和传感器要的各路电压。一颗安静到不会把噪声喷进敏感前端的开关稳压器在这里很要紧，按硅片预期的顺序把各路电压依次拉起来同样要紧。无线电通常是电流尖峰最凶的那个，所以喂它的那一路最受关注。

在它所处的环境里活下来

联网设备最后往往落在桌面板子永远不会去的地方：工厂的墙面、户外的机柜，有时是一辆行驶的车。面对外部世界的那些元件，是按存活而不只是按功能来挑的，这一段物料清单做得马虎，保修退货就从这里来。

在车间地面上，接口本身就带着危险：机器之间的地电位并不一致，每条长电缆上都会窜进瞬态。把那些接口连同隔离一起做，能挡住一侧的故障窜进另一侧的处理器，而且早早设计进去，比出了现场故障再补要省得多。

到了户外，威胁更直接。附近一次雷击会在电源和信号线上耦合出浪涌，干燥天里人手碰一下连接器就能放出几千伏的静电，所以板子在每个对外端口都需要针对浪涌和 ESD 的防护。连接器本身就是密封的一部分，一个户外节点要靠按它真实会遇到的潮气和振动来选的连接器和机电件撑着。

在低温里漂移的时钟会错过一次排定的唤醒，所以时钟器件要按温度稳定性来挑。

信任、认证与持续可得

一件联网产品还要跨过几道和电路能不能工作关系不大的坎。接在公网上的设备是个靶子，所以给它一个硬件信任根，一个存放密钥、校验自身固件的地方，已经从可选项变成买家会过问的底线。出海之前，无线电得过区域法规，走完无线认证常常比固件花的时间还长，所以从一开始就该排进计划。又因为这类产品要卖很多年，为长生命周期设计排好供货，意味着盯住哪些元件厂商在五年、八年后还会继续生产，并在第一来源发出停产通知之前，就把第二来源备好。

把物料清单补齐

在联网和供电这一层底下，是一块普通的数字板，大部分都来自目录。跑应用的处理器常常就是颗平常的料，设计用按外设组合和价格挑的通用 MCU 把算力补齐。围着它，往板外伸的总线需要各自的驱动：一台把 CAN 或 RS-485 链路放到长电缆上的设备，需要总线收发器以及配套的隔离；而做电平转换、缓冲一条线路的那些活，则来自几乎每张原理图都会用到的日常逻辑和驱动料号。

模拟这边的料更少，却更挑剔。传感器信号通常要先调理到足够干净才值得数字化，这就引入按低失调和低漂移来挑的运放和基准。板上每一路电压都追溯到一颗稳压器，所以物料表里会有一批LDO 和 DC-DC 料号，一类供安静的模拟电源，另一类做高效的大电流转换。靠可充电芯运转的设备还要加上充电管理和电芯本身，两者匹配好，让充电曲线适配化学体系。

保护在料号这一层又出现一次。接口和电源输入各自需要自己的保护器件，那些替硅片挨打的 TVS 管和保险丝。无线这边，分立的射频前端和天线料号在收发器周围补齐；而带蜂窝或有线上行的产品，要带上那层物理层需要的模块和联网料号。

机电件和分立器件最容易被忽略，也最慢备货。线对板、板对板的连接来自一大批跨厂牌的连接器料号，单一个系列就可能有上百种变体。要锁定的是精确到镀层和包装的可订货编号，而不是系列本身；这些机械件常常即便周边硅片有货、自己也排着很长的货期。带物理操作或开关负载的设备需要开关和继电器，而开关一个电机或一路电源，要靠按导通电阻和栅电荷挑的MOSFET。在它们背后补位的，是处理小信号开关、把交流变直流的三极管和整流二极管。

剩下的把板子凑整。计时和电源那几块积木，时钟源和电源模块，用在分立方案太占板面、不划算的地方。磁性件和其余无源，电感以及那些滤波、储能的料，单看都便宜，却决定一路电源的脾气。凡是没法干净地归进上面某一类的，仍然要采购、要跟踪，所以目录里始终留着一格，给那些难以规整分类的料号。