Wi-Fi + Bluetooth-kombinasiemodule-ontwerp-in: 8 besluite voor volumeproduksie

Die meeste Wi-Fi- en Bluetooth-kombinasiemodules misluk nie in die RF-laboratorium nie. Hulle misluk by integrasie: 'n gedeelde bus wat die Bluetooth-eindpunt uithonger, 'n antennakussing wat onder 'n metaalbeugel ingesteek is, 'n bandpen wat hoog gehou word tydens aanskakeling, of 'n hervloeiprofiel loop een pas te veel. Hierdie gids loop deur die agt besluite wat bepaal of 'n 2,4 GHz-kombinasiemodule volumeproduksie op skedule bereik. Die gemete data kom van twee versendings Realtek RTL8723-modules : die USB-gebaseerde BL-R8723BT1 ( RTL8723BU-CG ) en die SDIO + UART BL-M8723CS1 ( RTL8723CS-CG ).

1. Begin met die gasheerkoppelvlak, nie die databladopskrif nie

Albei modules bied IEEE 802.11b/g/n 1T1R met 'n PHY-tempo tot 150 Mbps, en albei dek dieselfde 2.4–2.4835 GHz-band met 13 kanale by 20 MHz. Wat eintlik verskil - en wat jou skematiese besluit bepaal - is hoe die module met die gasheer praat.

Die USB-weergawe plaas WLAN en Bluetooth op een gedeelde USB 2.0-verbinding. Dit beteken een gasheerpoort, een stel differensiële pare en geen tweede kontroleerder om te aktiveer nie. Die kompromie is dat albei funksies op dieselfde hawe woon en sy onderbrekings- en bandwydtebegroting deel. In 'n dash cam is daardie enkelkabelrangskikking gewoonlik die verskil tussen 'n tweelaagbord en 'n vierlaagbord.

Die SDIO-weergawe skei die twee funksies: WLAN werk op SDIO 2.0 (dieselfde penne kan as GSPI gekonfigureer word), terwyl Bluetooth op 'n onafhanklike hoëspoed-UART met hardewarevloeibeheer loop. Niks word gedeel nie, dus kompeteer Wi-Fi-deurset nie met Bluetooth-verkeer op busvlak nie - maar jy benodig spaar SDIO- en UART-hulpbronne op die gasheer-SoC, plus nog ongeveer 30 penne op die module-voetspoor (44 teenoor 14).

'n Praktiese reël: as jou SoC 'n ekstra USB-gasheerpoort en geen gratis SDIO-beheerder het nie, neem die USB-module; as SDIO en 'n UART reeds uitgebreek is, neem die SDIO-module en hou die twee paaie onafhanklik.

USB: twee funksies deel een bus. SDIO + UART: elke funksie kry sy eie bus.

2. Kies die Bluetooth-profiel wat jou produk eintlik stuur

Bluetooth is waar die twee modules die meeste verskil, en waar spesifikasies meestal verkeerd gelees word.

BL-R8723BT1 is dubbelmodus : Bluetooth Classic v2.1 + EDR saam met Low Energy v4.0, met Classic wat in Klas 1 werk en LE in Klas 1.5. Gemeet transmissiekrag is 6 dBm tipies (8 dBm maksimum) vir BR/EDR en LE gelyk, en BR/EDR ontvangs sensitiwiteit is -90 dBm by 0.1% BER. As jou produk oudio na 'n luidspreker stroom, saam met 'n verouderde foonbykomstigheid kombineer, of 'n SPP-styl datakanaal benodig, is dit die variant om te gebruik.

BL-M8723CS1 is BLE-slegs, kernspesifikasie v4.1, Klas 1.5, met 3 dBm tipiese en 6 dBm maksimum uitsaaikrag, en -90 dBm tipiese LE-ontvangsensitiwiteit teen 5% PER. Daar is geen klassieke stapel nie en geen klankpad nie. Dit is nie 'n beperking om rond te werk nie - dit is 'n koste- en kragbesluit. Vir voorsiening, OTA-snellers, sensortelemetrie of 'n statusskakel na 'n foontoepassing, is BLE 4.1 voldoende, en jy vermy om te betaal vir 'n Classic-stapel wat jy nooit sal gebruik nie.

Moenie 'n Bluetooth-kenmerkstel uit 'n bemarkingsoorsig alleen spesifiseer nie. Weergawe stringe word tussen dokumente gekopieer; kontak ons ​​span om die amptelike spesifikasiedokument en RF-toetsdata vir bekragtiging te bekom.

3. Begroot die kragboom rondom piekstroom, nie gemiddelde stroom nie

Albei modules loop vanaf 'n 3,3 V ±0,2 V hoofspoor. BL-R8723BT1 trek 'n maksimum van 400 mA van daardie enkele spoor; BL-M8723CS1 trek tot 450 mA op die hoofspoor en voeg 'n aparte I/O-spoor (VDIO) by wat óf 3.3 V ±0.2 V of 1.8 V ±0.1 V kan wees. Die aparte I/O-spoor is werklik nuttig: jy kan 'n 3.3 V RF-toevoer direk op 'n V-toevoer hou terwyl ses V-toevoer op vlak-1 pas. SDIO en UART lyne.

Beplan vir versendingspieke, nie spesifikasiegemiddeldes nie:

Bron: stroomverbruiktabelle uit die amptelike modulespesifikasiedokumente, beskikbaar op aanvraag. Waardes is tipies / maksimum by die genoemde toetstoestande; RF-toetssyfers, nie toedieningsvlakgemiddeldes nie.

Twee waarnemings wat die moeite werd is om rondom te ontwerp. Eerstens trek die SDIO-module merkbaar meer in 802.11b-oordrag as die USB-module (328 mA teenoor 255 mA-piek) omdat dit teen 17 dBm oor alle 11b-tempo's loop, terwyl die USB-module teen 15–17 dBm gekalibreer word, afhangende van tempo. Tweedens, die USB-module sit op 130–135 mA in ontvangs, ongeveer dubbel die SDIO-module, omdat die USB-senderontvanger aktief bly terwyl die radio luister. Op 'n battery-aangedrewe handtoestel is daardie verskil nie akademies nie.

Uitlegleiding: plaas 'n 47–100 µF grootmaat kapasitor en 'n 10 µF plus 0.1 µF-paar binne 'n paar millimeter van VDD33, hou die 3.3 V-toevoer op sy eie spoor of vlak, en deel nooit die tak met motors, relais of die agtergrondligdrywer nie. 'n 328 mA-trap op 'n gedeelde spoor sal verskyn as 'n RF-ontsensingsprobleem wat soos 'n uitlegfout lyk.

4. Behandel die antennablokkie as die hoogste risiko-item op die bord

Nie een van die modules sluit 'n antenna in nie. Albei koppel aan 'n eksterne antenna deur 'n halfgat (gekasteelde) pad, met 'n gespesifiseerde VSWR van 1.7 tipies en 2.0 maksimum vir BL-R8723BT1, 2.1 maksimum vir BL-M8723CS1. 'n VSWR van 2.0 weerspieël reeds rofweg 11% van die gelewerde krag; 'n swak ingestelde antenna verander 17 dBm gelei krag in merkbaar minder uitgestraalde krag en verkort die reeks.

Die praktiese kontrolelys:

• Beweeg die antennatoevoer as 'n beheerde 50 Ω-lyn, so kort as wat die meganiese ontwerp dit toelaat, sonder stompe, geen vias in die RF-pad en grondstiksel langs beide kante.

• Hou die antenna vry van die battery, luidsprekermagneet, LCD-buiging en enige geaarde metaal. 'n 2,4 GHz-antenna wat teen 'n metaalbeugel geplaas word, verloor meer omvang as wat enige bestuurderinstelling kan herstel.

• As die omhulsel van metaal is, skuif die antenna daarbuite en gebruik 'n IPEX-na-SMA-varkstert - reken dan die kabel- en verbindingsverlies wanneer jy skakelbegroting bereken.

• Valideer met die werklike omhulsel, nie met die module op 'n bank nie. Uitgestraalde toetsing met die finale plastiek-, battery- en kabelroetering is die enigste meting wat saak maak.

Geleide uitsaaikrag word per tempo gekalibreer, dus die effektiewe uitgestraalde werkverrigting hang net soveel af van die antenna as van die module. Verwag 17 dBm op 802.11b en 802.11g 6 Mbps, en 14–15 dBm op die hoë-deurset MCS7 tariewe waar EVM die bruikbare uitset beperk:

Stuur krag by die antenna pad, vanaf die amptelike spesifikasie. Sensitiwiteit vir verwysing: -92 dBm (11b 1 Mbps) en -66 dBm (HT40 MCS7) op BL-R8723BT1 ; -93 dBm en -66 dBm op BL-M8723CS1.

Hou die voer kort en vry van metaal-, battery- en skildblikke; voeg varkstertverlies by die skakelbegroting by wanneer die antenna buite 'n metaalomhulsel sit.

5. Ontwerp naasbestaan ​​in die toepassing, nie in die hoop nie

'n 2,4 GHz-kombinasiemodule het een radio wat tussen WLAN en Bluetooth gedeel word. Die bestuurder sny die radio in die tyd tussen die twee, wat goed werk, maar nie gratis is nie: onder gelyktydige las, daal die totale WLAN-deurset en Bluetooth-vertraging neem toe. Dit is normale en verwagte gedrag vir hierdie argitektuur, nie 'n gebrek nie.

Wat om daaraan te doen: definieer die verkeersprofiel vroegtydig en toets daarteen. Vir 'n IPC wat 1080p stroom terwyl 'n foon oor BLE voorsien, meet raamverlies met albei aan die gang, nie een op 'n slag nie. Vir 'n POS-terminaal, toets 'n betalingstransaksie terwyl 'n BLE-skandeerder gekoppel is. As oudio deel van die produk is, hou die oudioskakel en die WLAN-kanaalplan van mekaar bewus — kanaal 1, 6 en 11 met 'n 20 MHz breedte laat meer ruimte as HT40.

Twee argitektuurkeuses verminder die probleem voordat fermware betrokke is: gebruik BLE eerder as Classic waar die gebruiksgeval dit toelaat (korter, geskeduleerde verbindingsgebeurtenisse), en vermy om die Wi-Fi- en Bluetooth-antennas in dieselfde uithou te plaas as die meganiese ontwerp jou 'n keuse gee.

6. Kry die beheer en riempennetjies reg voor uitleg vries

Dit is waar SDIO-gebaseerde ontwerpe meestal weer gespin word. Op BL-M8723CS1 het verskeie penne dubbele funksies en een dra 'n aanskakelband:

• CHIP_EN (pen 35) is 'n aktiewe-laag-terugstelling met 'n 100 kΩ interne optrek na VDD33. Laat dit toeganklik of bestuur dit vanaf 'n gasheer-GPIO met 'n gedefinieerde aanskakelvertraging; moenie dit naby 'n skakelspoor laat dryf nie.

• WL_DIS# (pen 12) trek die WLAN-funksie af en deaktiveer die SDIO-koppelvlak wanneer dit laag bestuur word - nuttig vir 'n harde radio-af-toestand. BT_DIS# (pen 34) doen dieselfde vir Bluetooth. Let op die interaksie wat die datablad vlag: dit beskryf ook 'n hele-skyfie-terugstellingtoestand wanneer albei penne onteien is, so dryf hierdie penne van die gasheer af in plaas daarvan om een ​​van hulle permanent te bind.

• GPIO1 (pen 25) is 'n riempen wat intern met 100 kΩ laag getrek word, en moet nie hoog getrek word tydens aanskakeling nie. As jou gasheer hierdie net aandryf, hou dit hoog-Z totdat die module begin het - 'n vlakskuif of 'n eksterne optrek hier sal 'n intermitterende selflaaifout veroorsaak wat baie moeilik is om op te spoor.

• LPO (pen 24) kan 'n eksterne 32 kHz of RTC horlosie neem vir akkurate lae-krag tydsberekening; dit word gedeel met GPIO6 en die hoëspoed UART RTS-uitset, so besluit vroeg watter funksie jy nodig het.

• Pen 41 is intern gekoppel aan ander grondpenne, so dit kan ongekoppel gelaat word of gebruik word vir UART_CTS in jou toepassingskring sonder om normale werking te beïnvloed - handig wanneer 'n 44-pen voetspoor 'n bestaande padskikking moet pas.

Die USB-module is eenvoudiger: 'n 32.768 kHz-laekrag-klokinvoer op pen 4, plus die DEVICE_WAKE_HOST- en HOST_WAKE_DEVICE-paar wat vir afstandswakking gebruik word. As jou produk staatmaak op gasheer-geïnisieerde wakker van suspendering, bedraad beide en bevestig die polariteit wat deur jou bestuurder verwag word.

Rails eers, los dan CHIP_EN, laat dan die gasheer optel. Hou GPIO1 hoog-Z deur aanskakel.

7. Pas die werkingsreeks by die omhulsel, nie by die kamer nie

BL-M8723CS1 is gegradeer -20 °C tot +70 °C; BL-R8723BT1 word van -10 °C tot +70 °C gegradeer. Albei word gespesifiseer vir 10–95% RH nie-kondenserend. Die 10 °C verskil is die een spesifikasie wat 'n andersins korrekte keuse die meeste diskwalifiseer: 'n dash cam wat op 'n voorruit in 'n koue klimaat mark gemonteer is, sal temperature onder -10 °C sien, en die USB-variant is buite sy gegradeerde reeks daar - 'n robotstofsuier of 'n binnenshuise POS-terminaal sal nooit wees nie.

Die boonste perk verdien gelyke respek. 'n Verseëlde IP-kamerabehuising in direkte son, of 'n dekoboks wat onder 'n TV gestapel is, kan plaaslike omgewing ver bo 40 °C stoot. Meet die lugtemperatuur by die module, nie die kamertemperatuur nie, en verminder jou termiese ontwerp teen die 70 °C plafon met marge eerder as om dit te ontwerp.

8. Sluit vervaardiging, berging en sertifisering omvang

Drie items wat laat in die spesifikasie verskyn en laat verrassings veroorsaak:

Hervloei. Beide modules spesifiseer 'n piek van 250 °C maksimum en nie meer as twee hervloeipassies nie. 'n Derde pas - algemeen wanneer 'n bord herwerk word of 'n tweede monteerstap bygevoeg word - is buite die spesifikasie, en die mislukkingsmodus verskyn maande later as 'n marginale RF- of BLE-skakel, nie tydens toets nie.

Berging en hantering. BL-R8723BT1 definieer 'n -45 °C tot +85 °C bergingsreeks, 'n 12-maande-venster van vakuumverpakking, en 'n 72-uur-venster nadat die sak oopgemaak is. As die humiditeitsaanwyser van kleur verander het, bak by 60 °C vir 24 uur een keer voor soldering. Albei modules is ESD-sensitiewe toestelle en benodig standaard hantering voorsorgmaatreëls op die lyn.

Sertifisering. RF- en EMC-omvang hang af van die mark waarin u verskeep, en van die gasheeromhulsel - 'n modulesertifikaat dek nie outomaties 'n voltooide produk nie. Kontak ons ​​om die huidige toetsverslae vir die spesifieke model en mark te bekom, en pas die verslag by die presiese firmware en antenna-konfigurasie wat in produksie gebruik word. Plaaslike en uitvoervereistes kan verskil.

Side-by-side seleksie tafel

Opsomming uit ons amptelike spesifikasiedokumente, beskikbaar op aanvraag.

Bestuurder en platform dekking

Albei modules is gebou op Realtek-silikon met verskaffer-bestuurderondersteuning vir Linux en Android, wat die meeste IPC-, POS- en toestelontwerpe eintlik stuur. Die USB-variant dra ook Windows-ondersteuning, nuttig vir perifere en dongle-styl produkte. Voordat jy 'n kernweergawe verbind, bevestig die presiese bestuurderpakket met ons FAE-span - bestuurdergereedheid, nie RF-prestasie nie, is gewoonlik wat 'n skedule beweeg.

Watter ondersteuning jy kan verwag voor en na die ontwerp wen

• Standaardmodules in monsterhoeveelhede, plus amptelike spesifikasiedokumente, pendefinisies en verwysingskemas op aanvraag.

• 'n Uitlegoorsig van jou SDIO- of USB-roetering, antenna-uithou- en kragboom voordat jy die bord loslaat.

• Pasgemaakte module-ontwikkeling op enige van die skyfies: pen-uit-modifikasie, voetspoorverandering, antenna-opsies (aan boord keramiek, IPEX-aansluiting, halfpad), en fermware-parameterinstelling.

• Dokumentasie-ondersteuning vir die sertifiseringspad wat jy beplan.

As jou projek nog in die argitektuur stadium is, ons RTL8723BU-CG en RTL8723CS-CG platform oorsig dek die chip-vlak verskille, massa-produksie aansoek gevalle en pasgemaakte ontwikkeling omvang; die 2.4 GHz Wi-Fi module portefeulje lys die ander pen-versoenbare opsies in hierdie klas.

Gereelde vrae

Volgende stap

Stuur vir ons jou skematiese bladsy en meganiese beperkings – antenna-ligging, omhulselmateriaal, gasheerkoppelvlak en teikenbedryfsbereik – en ons toepassingspan sal 'n geskikte assessering vir enige van die modules terugstuur, insluitend die penvlakveranderings wat nodig is vir jou uitleg. Versoek monsters, datablad en 'n uitlegoorsig.

Alle prestasiedata in hierdie artikel is tipiese waardes vir verwysing. Volledige spesifikasiedokumente, toetsverslae en ontwerphulpbronne is op aanvraag beskikbaar.