La oportunidad del mercado para conectar dispositivos y máquinas inteligentes con conexión celular se encuentra en su mejor momento. Incluso luego de la innovación que ha tenido lugar en los últimos años, de manera sorprendente, la capacidad Máquina a Máquina (M2M) sigue representando el 2 % de las conexiones celulares en general. Machina Research señala que la tecnología celular se incrementará de 146 millones de dispositivos a fines de 2011 a 2.6 mil millones a fines de 2022.1 En la actualidad, el 2G es la principal opción celular utilizada en la mayoría de los Sistemas inteligentes o aplicaciones M2M en el mundo. Hacia 2022, representarán el 22 %. Para el 2022, el sistema 3G y la Evolución a largo plazo (LTE) representarán, en conjunto, casi el 90 % de las conexiones, impulsadas por requisitos de aplicaciones de mayor ancho de banda y por la demanda de tecnología para asegurar el futuro.
Opciones celulares disponibles
En la actualidad, existen más variedades de soluciones celulares que nunca antes para las implementaciones del Sistema global de comunicaciones móviles (GSM) y de Acceso múltiple por división de código (CDMA). El diseñador cuenta con cuatro opciones disponibles a la hora de elegir una solución de módulo celular. La opción que elija para su aplicación dependerá de una serie de factores.
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Chipset
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Módulo
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Módulo integrado
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Producto de caja
Chipset
El moderno diseño chipset para celulares es para aplicaciones de alto volumen, por lo general, de un Uso anual estimado (EAU) de 300 K o más. Los diseños de chipset ofrecen la solución con la menor huella y el costo de Lista de materiales (BOM) más bajo, aunque también implican el costo más elevado de Ingeniería no recurrente (NRE) y el costo más alto de prueba de cumplimiento de las cuatro soluciones mencionadas. Los diseños de chipset presentan el mayor riesgo de diseño, el cronograma de proyecto más largo y, por lo general, cuentan con un elemento de licencia del proveedor del chipset. Únicamente las compañías con amplia experiencia en diseño de celulares deberían intentar un diseño a nivel de chip. Para ayudar a los clientes con poca experiencia, o sin experiencia, en esta disciplina, Arrow cuenta con socios de servicios de diseño, expertos en el diseño a nivel de chip que pueden ayudarlo a implementar correctamente un diseño a nivel de chip.Módulo
Uno de los enfoques más comunes a la hora de incorporar conectividad celular a su producto es mediante el uso de un módulo certificado. Los módulos certificados ofrecen una solución de huella reducida, una hela estándar como miniPCI-e, bajo costo BOM y un costo moderado de NRE y de prueba de cumplimiento. El tiempo de comercialización suele ser más rápido con un módulo certificado, ya que el riesgo de diseño es más bajo que con un diseño a nivel de chip y la prueba de cumplimiento es un subconjunto de lo que se necesita para un diseño de chipset. Implementar un módulo certificado suele ser más sencillo que hacerlo con un chipset; no obstante, no es tan simple como conectar la energía y la antena al módulo. Al explorar una solución modular, opte por un proveedor de módulo que ofrezca soporte técnico y documentación completa de diseño a fin de garantizar el éxito.
Como usuario de un módulo certificado, se le pide que realice una prueba sobre el producto final luego de integrar el módulo celular a su diseño. Puede hacer uso de gran parte de las pruebas que lleva a cabo el proveedor del módulo; no obstante, tendrá que realizar, de todos modos, una prueba de producto final sobre su equipo.
Módulo integrado
El módulo integrado ofrece un medio simplificado de incorporar conectividad celular a un producto integrado. Un módulo integrado ofrece una solución celular de cumplimiento absoluto, e incluye una antena o un conector para colocar una antena a la solución integrada. Si bien el costo de un módulo integrado es superior al de un módulo, el vendedor ya llevó a cabo todas las pruebas de cumplimiento de riesgo en relación con el diseño y cuenta con las certificaciones del operador.
Muchos módulos integrados cuentan con una huella y una interfaz estándar que le permite al usuario seleccionar una solución CDMA o GS, en función de la aplicación. Esta opción puede resultar una forma sencilla y efectiva de ofrecer distintas opciones de tecnología celular sus clientes. La opción de módulo integrado con huella estándar también le permite "realizar una prueba a futuro" del diseño, lo que facilita una integración simple y sin inconvenientes de la tecnología más recientes a un producto.
Los módulos integrados le ofrecen al usuario un veloz tiempo de comercialización y, al mismo tiempo, hacen que resulte una opción atractiva para incorporar rápidamente un producto al mercado. Al optar por un módulo integrado, es importante comprender qué módulo se utiliza para la solución integrada. Si el producto resulta exitoso y se garantiza una reducción de los costos, querrá migrar al módulo utilizado por el proveedor del módulo integrado a fin de minimizar los costos de desarrollo de software y aplicaciones. El soporte varía ampliamente según el proveedor, con lo cual, debería analizarse la opción de elegir una solución con un excelente soporte para módulos. Con las soluciones de módulos integrados, no suele ser necesario contar con experiencia técnica, más allá de la competencia central del fabricante de equipos originales (OEM).
Producto de caja
La solución celular producto de caja ofrece el tiempo de comercialización más rápido para implementar una solución celular. La mayoría de los productos de caja pueden conectarse al dispositivo integrado por medio de una conexión en serie o USB. El producto de caja es la solución más costosa de las cuatro presentadas, pero ofrece el tiempo de comercialización más rápido y la solución con menor riesgo de diseño. Utilizar un producto de caja es una excelente forma de crear una prueba rápida de concepto y dejar el hardware en funcionamiento para que el desarrollo y la prueba de la aplicación pueda comenzar antes en el ciclo de diseño. Un producto de caja resulta ideal para actualizar el hardware de legado implementado en el campo en el que el costo de actualizar el hardware existente es prohibitivo o, directamente, imposible. En muchos casos, el proveedor ofrece la solución dentro de un producto de caja con o sin estuche. La opción que elija dependerá de su aplicación.
¿Qué tipo de módulo celular debería escoger para mi aplicación?
El aspecto que más influye la elección de un módulo celular es definir dónde se venderá el producto. En segundo lugar, poder obtener un plan de proveedor de servicio en la(s) región(es) donde se ofrecerá el producto afecta la elección del módulo.
Implementación en Norteamérica
o En América del Norte, se ofrecen servicios celulares CDMA y GSM; por lo tanto, las opciones de módulos
Implementación global
o GSM es el estándar global para el resto del mundo. Por lo tanto, si va a implementar
Consumo de energía
o Si utiliza baterías, el módem 2G presentará un consumo mucho menor que una
Velocidades y latencia de carga y descarga de datos
o En función de la aplicación que necesite
Tamaño del módulo
o El tamaño del producto final puede dictaminar la elección del módulo celular. Diseñar un producto
Costo del módulo
o El costo del módulo debe comprenderse de dos maneras. Una, el precio del dispositivo y dos,
Factores de forma del módulo
o Elegir un factor de forma en un módem celular que admita múltiples tecnologías,
Plan de datos celulares
o Además, debe comprenderse el costo del plan de datos asociado con la
¿Necesito un procesador especial para hacer funcionar un módem celular?
La respuesta breve a esta pregunta es "No". Según la aplicación que tenga, se determinará si necesita o no un procesador adicional. Gran parte de las soluciones de módems celulares se basan en arquitecturas de procesador de alto rendimiento, como ARM9, de modo tal que el módulo cuenta con recursos adicionales integrados para hacer frente a aplicaciones simples sin que sea necesario recurrir a otro procesador.
¿Cómo establezco una interfaz con el módem celular?
Las dos interfaces más comunes son el Transceptor receptor asincrónico universal (UART) y el Bus serial universal (USB). Consulte la hoja de datos para la interfaz específica.
Planes de datos celulares
Del mismo modo que su teléfono celular personal, cada uno de los dispositivos celulares integrados requieren contar con un plan de proveedor de servicio. Una de las primeras preguntas que debe responder el diseñador es: "¿En qué lugar del mundo se utilizará el dispositivo o el producto?"La respuesta determinará la elección del módem celular y la selección del proveedor de servicio. Si la implementación tiene lugar en los Estados Unidos, las tecnologías CDMA o GSM pueden ser una solución; sin embargo, cuando surge la necesidad de operar en otro lugar del mundo, GSM suele ser la opción predominante.
Por lo general, los dispositivos integrados necesitan tener un plan solo de datos; no obstante, en ciertos casos, también se necesita contar con un plan de voz. A la hora de decidir cuál es el plan de datos que mejor se adapta a sus necesidades, necesitará la siguiente información para diseñar un plan que se ajuste a sus requerimientos:
- Cantidad de dispositivos que formarán parte de la implementación
- En qué países será necesario tener servicio
- Cantidad de datos que se consumen por mes (por lo general, se miden en kilobytes o megabytes)
- Saber si es necesario contar con servicio de mensajería de texto (SMS)
- Dirección IP estática
- Nombre personalizado del punto de acceso (APN)
- Planes de datos agrupados
Entre otros, los costos relacionados con la conectividad celular son:
- Compra de tarjeta SIM
- Activación de la tarjeta SIM
- Activación del número serial electrónico (ESN) y (MEID)
- Tarifas de suspensión relacionadas con planes estacionales
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Probar las tarjetas SIM para fabricación y prueba
Para "administrar" de manera efectiva sus dispositivos, es obligatorio contar con un portal o plataformas de administración de MNO y MVNO. La plataforma de administración le brinda un medio para ver y administrar los dispositivos implementados. Es importante tener en cuenta que, según el lugar del mundo donde implemente sus productos, tal vez sea necesario hacer uso de varias plataformas para administrar de manera efectiva todos los dispositivos, junto con cada una de las plataformas de administración de dispositivos M2M y tarjetas SIM específicos. El sector consideró que no era suficiente. Proveedores nuevos e innovadores, como Device Cloud Networks, le permiten administrar y diagnosticar todos los dispositivos por medio de una única plataforma.
Para hacer frente a las limitaciones de las plataformas de administración actuales, la plataforma Innovative de DCN ofrece:
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Tarjeta SIM "blanda" programable, ya sea como solución de policarbonato u oferta de Tarjeta integrada universal (eUICC).
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Sistema de autoaprovisionamiento, basado en la nube, de alto volumen, automatizado para conectividad inalámbrica;
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Plataforma de base en la nube para diagnósticos, administración, programación y control remoto de máquinas y dispositivos;
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Conectividad local en un número cada vez mayor de países;
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Motor de facturación en múltiples idiomas y múltiples monedas;
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Todo se ofrece como un SKU.
¿Cuál es la función de MNO, MVNO y MVNE?
Existen dos tipos de operadores que prestan servicios de datos celulares: los Operadores de red móvil (MNO) y los Operadores de red virtual móvil (MVNO).
Un MNO es un proveedor de servicios de comunicaciones inalámbricas que es propietario, o controla, todos los elementos necesarios para vender y ofrecer servicios a un usuario final. AT&T, Verizon, Sprint y T Mobile son ejemplos de MNO en los Estados Unidos. Además de generar ganancias mediante la prestación de servicios minoristas bajo su propia marca, un MNO también puede venderle a un MVNO acceso a servicios en la red con tarifas mayoristas.
Un MVNO es un proveedor de servicios de comunicaciones inalámbricas que no es propietario del espectro de radio o de la infraestructura de red inalámbrica. Un MVNO puede contar con sus propios sistemas de servicio de atención al cliente y de soporte técnico de facturación, y personal de comercialización y ventas, o utilizar los servicios de un Habilitador de red móvil virtual (MVNE).
Un Habilitador de red móvil virtual (MVNE) es una organización que ofrece soluciones de infraestructura comercial la los MVNO. Entre los servicios, se incluyen: facturación, administración, operaciones, soporte de subsistema de estación base, sistemas de soporte de operaciones y aprovisionamiento de elementos para la red back-end.
¿Por qué elegir un MVNO y no un MNO?
En general, un MNO procura acceder a oportunidades más grandes que un MVNO y, en muchos casos, no brinda servicio a un cliente integrado de menor calibre. En segundo lugar, los MVNO han entablado relaciones con muchos proveedores regionales y globales. Esto es importante ya que los MVNO han resuelto gran parte de los problemas relacionados con el roaming y los servicios globales. Si no prestaran servicio, debería ocuparse de entablar relaciones con proveedores región por región y país por país por cuenta propia. Un MVNO suele tener hasta 200 o más relaciones con distintos proveedores.
En general, las tarifas son más favorables que las de los MNO; no obstante, si necesita un buen flujo de soporte y es un OEM pequeño, tal vez sufra demoras en recibir el soporte.
Asunto relacionado con 2G Sunset
En agosto de 2012, AT&T Inc. anunció que cerrará su red inalámbrica de segunda generación, o "2G", a fines de 2016. El cierre no se producirá de un día para el otro; en cambio, irá desapareciendo esporádicamente a lo largo del país hasta que, el 1. º de enero de 2017, la red inalámbrica 2G deje de existir. AT&T dejó de certificar nuevas aplicaciones 2G GSM para implementar en su red. Los clientes ya no pueden desarrollar más productos nuevos 2G GSM M2M para su uso o venta en los Estados Unidos. AT&T también dejó de entregar nuevas tarjetas SIM para dispositivos y aplicaciones 2G GSM existentes y certificados. Esto significa que los clientes no pueden incorporar más dispositivos 2G GSM a su base instalada de aplicaciones M2M existentes utilizando la red de AT&&.
El ocaso de la tecnología GSM es un problema importante para el sector M2M de los EE. UU., ya que se implementó una gran cantidad de dispositivos GSM/GPRS. Para mantener el servicio en las conexiones instaladas, un volumen estimado de entre 10 a 12 millones de dispositivos 2G GSM deberán reemplazarse para el 2017. ¿Con qué opciones cuentan los OEM que ya tienen productos implementados?
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Cambiar el servicio a otro proveedor 2G GSM usando el mismo dispositivo 2G GSM
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Reemplazar el dispositivo 2G GSM por un dispositivo 3G HSPA
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Reemplazar el dispositivo 2G GSM por un dispositivo 2G CDMA
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Reemplazar el dispositivo 2G GSM por un dispositivo 4G LTE
Cabe destacar que el asunto relacionado con el ocaso de la tecnología 2G solo afecta a Norteamérica. Europa, que tiene la mayoría de sus dispositivos M2M en redes 2G, continúa operando en sus redes 2G.
¿Qué es una tarjeta SIM?
Otra diferencia entre los dispositivos con GSM y CDMA habilitado son las tarjetas SIM. GSM utiliza tarjetas SIM, mientras que CDMA, por lo general, no. Sin embargo, para confundir un poco más, para las implementaciones LTE, tanto la tecnología GSM como la CDMA utilizan tarjetas SIM. Las tarjetas SIM actúan como memoria integrada al dispositivo y ofrecen información como identidad del suscriptor, tarifa del plan de datos y otro tipo de datos, como su información de contacto y de calendario. CDMA almacena los datos del usuario, incluida la agenda de teléfonos y la información del programador, en la base de datos del operador.
Hay cuatro opciones básicas de tarjeta SIM: Tarjeta SIM de etiqueta blanca para consumidores
o Se utiliza principalmente para los productos de consumidores y teléfonos inteligentes.
Tarjeta SIM plástica robusta y optimizada
o Diseñada para funcionar en entornos industriales exigentes y con vibración excesiva.
3FF SIM
o Tercer factor de forma (3FF) de la tarjeta SIM estándar y contiene la misma cantidad de datos que
eUICC
o La Tarjeta universal de circuito integrado (eUICC) reemplaza a la tarjeta SIM extraíble
La SIM eUICC también es más segura que una SIM tradicional de policarbonato, ya que no es posible extraerla del dispositivo simplemente retirándola de la ranura. Si le preocupa la seguridad de su dispositivo cuando se encuentra en ubicaciones remotas, la solución eUICC es una excelente manera de reducir el riesgo de robo de tarjetas SIM.
Ancho de banda y latencia
Comprender la carga útil de datos, la latencia y los requisitos de frecuencia de transmisión de datos resulta fundamental a la hora de elegir un plan de datos para celulares. ¿Transmite el dispositivo únicamente excepciones o siempre comunica el estado? La aplicación, la carga útil de datos y la latencia pueden afectar el costo del plan del proveedor de servicio. Tenga en cuenta que ciertas excepciones, como las actualizaciones de Firmware sobre el aire (FOTA), deberían comprenderse como parte del modelo general de costos y necesidades del plan de datos.
¿Utilizan mensajes SMS las implementaciones integradas?
Otra opción para el monitoreo remoto del sitio es utilizar la mensajería SMS para transmitir avisos de alarma desde nodos y dispositivos remotos al personal de servicio. Los módems celulares integrados incluyen conexiones de entrada digital para enviar un mensaje preprogramado, para que se envíe al número de teléfono de una persona de servicio o técnico preprogramados, a fin de ponerlos al corriente de la situación de alarma. Los mensajes SMS pueden cargarse de manera individual o grupal, como parte del plan del proveedor de servicios.
¿Qué es el roaming?
El roaming es la capacidad con la que cuenta un cliente de teléfono celular para enviar y recibir datos de manera automática, o acceder a otros servicios, cuando se encuentra fuera del área de cobertura geográfica que le brinda la red de su hogar. Para hacerlo, utiliza otra red. Cuenta con el soporte técnico de procedimientos de gestión, autenticación y facturación de movilidad. Si la red a la que se accede se encuentra en el mismo país que la red hogareña, el proceso de denomina Roaming nacional. Si la red a la que se accede se encuentra fuera del país de origen, el proceso de denomina Roaming internacional o global.
Deben tenerse en cuenta algunos aspectos a fin de facilitar el hecho de que las implementaciones M2M funcionen en ubicaciones globales o remotas. Los principales desafíos técnicos del roaming M2M incluyen "gestión de la identidad y seguridad, administración de la configuración, capa de servicios y gestión de la conexión para usuarios de roaming M2M".2 Si esto se suma a desafíos comerciales como calidad de servicio, gestión de costos, múltiples SKU de SIM y extranets para gestión de aplicaciones, y certificaciones, el proceso de implementación puede verse rápidamente abrumado.
Ciertas compañías, como Device Cloud Networks, ofrecen una integración fácil y sencilla para la implementación global de dispositivos M2M por medio de un proceso simple de extremo a extremo de administración de dispositivos, a través de la provisión de tecnología de habilitación que simplifica la conectividad global, la administración de dispositivos, el diagnóstico, la facturación y un SKU fuera de fábrica.
Prueba de certificación
Por último, ningún artículo sobre celulares está completo si no se trata el tema de las pruebas de cumplimiento. Mientras la oportunidad del mercado para conectar dispositivos y máquinas inteligentes sigue incrementándose significativamente, la necesidad de probar y certificar estos productos obligó a las entidades de certificación a unificar los procesos, lo que habilita el desarrollo de soluciones y reduce el tiempo de comercialización. Las pruebas de cumplimiento y las pruebas regulatorias varían de un país a otro; no obstante, todas las áreas incluyen ciertas pruebas de cumplimiento regulatorio obligatorio que los OEM deben llevar a cabo y aprobar antes de ofrecer sus productos en el mercado.Descripción general de las pruebas EMC/EMI
Producto de la proliferación de nuevos dispositivos que ingresan en el mercado equipados con módulos de radio, los OEM de dichos productos integrados deben informarse sobre qué pruebas regulatorias y de cumplimiento deben llevar a cabo para lanzar un producto en los mercados local e internacional. Los módulos de radio, como GSM/UMTS, WLAN/Wi-Fi®, Bluetooth®, GPS, RFID y muchos otros pueden venir con una certificación previa; no obstante, sigue siendo necesario que vuelvan a probarse una vez que se integran a un dispositivo OEM. A medida que se agregan varias radios a los productos, comprender los requisitos de pruebas y del diseño del sistema se ha tornado más complejo. En los EE. UU., todos los nuevos dispositivos deben aprobar la prueba de la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) conforme a los estándares FCC e IC. Bajo el proceso de certificación FCC, se analizan las emisiones radiadas y conducidas, tanto intencionales como no intencionales.
¿Qué es la prueba PTCRB?
Con la prueba de la Junta de Revisión de la Certificación tipo PCS (PTCRB), se garantiza que los dispositivos conectados a las redes celulares no provoquen daños a las redes. Todas las compañías que incorporan un módem celular GMS/WCDMA como parte del producto para su implementación en Norteamérica deben realizar y aprobar la prueba PTCRB. Operadores norteamericanos crearon la prueba PTCRB para establecer una certificación de terceros; así, el operador de la red tiene la certeza de que el dispositivo certificado cumple con un conjunto mínimo de requisitos definidos por los miembros. Mediante la prueba PTCRB, se administra el proceso de prueba y certificación para los fabricantes de dispositivos celulares GSM/UMTS para su funcionamiento en redes de operador PTCRB.
¿Qué sucede si utilizo un módulo celular precertificado?
Una pregunta frecuente es: "¿Qué sucede si utilizo un módulo precertificado en mi diseño? ¿Debo llevar a cabo una prueba PTCRB?" La respuesta corta es "sí". Los OEM que incorporan un módulo precertificado en su producto inalámbrico deben entregar el "producto final" con el factor de forma de producción final a un laboratorio de prueba autorizado por PTCRB para someterlo a prueba y certificación. El hecho de utilizar un módulo celular precertificado en lugar de un diseño con chipset contribuye a acelerar el proceso de prueba PTCRB, debido a que la mayoría de los casos de prueba ya se han completado cuando se certificó el módulo en primera instancia.
Prueba del proveedor
Más allá de los requisitos de PTCRB, algunos operadores norteamericanos exigen sus propios procesos de certificación. Por ejemplo, los dispositivos diseñados para operar en redes de AT&T deben pasar la prueba PTCRB y cumplir con los requisitos específicos de Sensibilidad Isotrópica Total (TIS) y Energía Radiada Total (TRP) antes de pasar a la red de AT&T. Cabe destacar que debe completarse correctamente la siguiente prueba antes de comenzar la prueba de proveedor de AT&T:
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Certificación FCC
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Certificación PTCRB
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Cumplimiento RF/OTA
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CTIA IEEE 1725
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Todas las certificaciones regulatorias y de seguridad pertinentes para un dispositivo con capacidades de voz, como
E911 y compatibilidad para audífonos.
Beneficios de las pruebas de precertificación
Las pruebas de precertificación representan una forma económica de evitar encontrarse con problemas inesperados durante una certificación oficial. Consulte con el laboratorio acreditado para ver qué pruebas están incluidas en el preescaneo. Ciertas pruebas, como las de Emisiones Espurias Radiadas (RSE) y OTA, son algunas de las pruebas que pueden incluirse en la prueba de preescaneo ofrecida. Los preescaneos no son informes oficiales sobre el rendimiento y el cumplimiento del sistema; en cambio, ofrecen un mayor grado de confianza de que pasará la prueba antes de que comience el proceso oficial de certificación. Las pruebas previas son una forma económica de detectar problemas de manera anticipada, mientras aun hay tiempo de solucionar problemas sin tener que recurrir a costosos rediseños, sufrir demoras y volver a realizar pruebas, en caso de que se detecten fallas durante el proceso oficial de certificación. Si no aprueba un preescaneo, Arrow le ofrece soporte técnico a través de nuestros socios de servicios de diseño tercerizados, expertos en solucionar este tipo de inconvenientes.
¿Cuánto tiempo suelen llevar las pruebas PTCRB y FCC?
La mejor respuesta es hablar directamente con el laboratorio de la prueba. Las pruebas PTCRB y FCC, junto con la documentación completa, pueden completarse en un período de cuatro a seis semanas. La temporada de verano suele ser una época de mucho trabajo para los laboratorios, ya que gran parte de los productos para consumidores a la venta durante las vacaciones se encuentran en los laboratorios para su aprobación.
Asesoramiento con el proceso de certificación que brinda Arrow Electronics
Arrow Electronics cuenta con profesionales experimentados y con conocimientos para ayudarlo a lo largo del proceso. Arrow también ofrece asistencia de ingeniería y servicios de diseño para orientar a los clientes en las etapas de diseño, integración y prueba de sus productos.
Soluciones máquina a máquina de Arrow
La experiencia inalámbrica, la amplia selección de productos de proveedores de nivel mundial, la incomparable asistencia de ingeniería M2M, los servicios integrales y las renombradas capacidades de administración de la cadena de suministro de Arrow Intelligent Systems le ofrecen soporte desde el concepto hasta la producción de su proyecto, en cada paso del ciclo de diseño; así, se maximizan las eficiencias y se unifica el camino hacia el mercado.