Wi-Fi + Bluetooth Combo Module Design-In: 8 rozhodnutí před hromadnou výrobou

Většina kombinovaných modulů Wi-Fi a Bluetooth v laboratoři RF neselhává. Selhávají v integraci: sdílená sběrnice, která vyhladí koncový bod Bluetooth, podložka antény zastrčená pod kovovým držákem, kolík popruhu držený vysoko během zapínání nebo profil přetavení běží o jeden průchod příliš mnoho. Tento průvodce vás provede osmi rozhodnutími, která určují, zda kombinovaný modul 2,4 GHz dosáhne sériové výroby podle plánu. Naměřená data pocházejí ze dvou dodávaných modulů Realtek RTL8723 : USB BL-R8723BT1 ( RTL8723BU-CG ) a SDIO + UART BL-M8723CS1 ( RTL8723CS-CG ).

1. Začněte hostitelským rozhraním, nikoli titulkem datového listu

Oba moduly nabízejí IEEE 802.11b/g/n 1T1R s rychlostí PHY až 150 Mbps a oba pokrývají stejné pásmo 2,4–2,4835 GHz s 13 kanály při 20 MHz. Co se ve skutečnosti liší – a co rozhoduje o vašem schématu – je to, jak modul mluví s hostitelem.

Verze USB staví WLAN a Bluetooth na jedno sdílené připojení USB 2.0. To znamená jeden hostitelský port, jedna sada diferenciálních párů a žádný druhý řadič, který by bylo možné aktivovat. Kompromisem je, že obě funkce žijí na stejném portu a sdílejí svůj rozpočet na přerušení a šířku pásma. V palubní vačce je toto jednokabelové uspořádání obvykle rozdílem mezi dvouvrstvou deskou a čtyřvrstvou deskou.

Verze SDIO tyto dvě funkce odděluje: WLAN běží na SDIO 2.0 (stejné piny lze nakonfigurovat jako GSPI), zatímco Bluetooth běží na nezávislém vysokorychlostním UART s hardwarovým řízením toku. Nic není sdíleno, takže propustnost Wi-Fi nekonkuruje provozu Bluetooth na úrovni sběrnice – ale potřebujete náhradní zdroje SDIO a UART na hostitelském SoC plus zhruba 30 dalších pinů na půdorysu modulu (44 oproti 14).

Praktické pravidlo: pokud má váš SoC náhradní USB hostitelský port a žádný volný SDIO řadič, vezměte si USB modul; pokud jsou SDIO a UART již rozbité, vezměte modul SDIO a udržujte obě cesty nezávislé.

USB: dvě funkce sdílejí jednu sběrnici. SDIO + UART: každá funkce má svou vlastní sběrnici.

2. Vyberte profil Bluetooth, který váš produkt skutečně dodává

Bluetooth je místo, kde se oba moduly nejvíce rozcházejí a kde jsou specifikace nejčastěji chybně čteny.

BL-R8723BT1 je duální : Bluetooth Classic v2.1 + EDR spolu s Low Energy v4.0, přičemž Classic pracuje ve třídě 1 a LE ve třídě 1.5. Naměřený vysílací výkon je typických 6 dBm (maximálně 8 dBm) pro BR/EDR i LE a citlivost příjmu BR/EDR je -90 dBm při 0,1 % BER. Pokud váš produkt streamuje zvuk do reproduktoru, spáruje se se starším telefonním příslušenstvím nebo potřebuje datový kanál ve stylu SPP, je tato varianta k použití.

BL-M8723CS1 je pouze BLE, Core Specification v4.1, Class 1.5, s typickým vysílacím výkonem 3 dBm a maximálním vysílacím výkonem 6 dBm a typickou citlivostí příjmu LE -90 dBm při 5 % PER. Neexistuje žádný klasický zásobník a vůbec žádná audio cesta. To není omezení, které lze obejít – jde o rozhodnutí o nákladech a výkonu. Pro zřizování, spouštěče OTA, telemetrii senzorů nebo stavové propojení s aplikací v telefonu postačí BLE 4.1 a vyhnete se placení za klasický stack, který nikdy nepoužijete.

Nespecifikujte sadu funkcí Bluetooth pouze z marketingového přehledu. Řetězce verzí se zkopírují mezi dokumenty; kontaktujte náš tým a získejte oficiální dokument se specifikací a údaje o RF testu pro ověření.

3. Rozpočítejte výkonový strom kolem špičkového proudu, nikoli průměrného proudu

Oba moduly běží z hlavní kolejnice 3,3 V ± 0,2 V. BL-R8723BT1 odebírá z této jedné kolejnice maximálně 400 mA; BL-M8723CS1 odebírá až 450 mA na hlavní lištu a přidává samostatnou I/O lištu (VDIO), která může být buď 3,3 V ± 0,2 V nebo 1,8 V ± 0,1 V. Samostatná I/O lišta je skutečně užitečná: můžete si ponechat 3,3 V RF napájení bez externího RF napájení, zatímco level-matching na šesti SDIO V a transaktorech přímo k převodníku UART1. linky.

Plán pro přenosové špičky, nikoli specifikační průměry:

Zdroj: Tabulky aktuální spotřeby z oficiálních dokumentů specifikace modulu, které jsou k dispozici na vyžádání. Hodnoty jsou typické / maximální za uvedených testovacích podmínek; Hodnoty vysokofrekvenčního testu, nikoli průměry na úrovni aplikace.

Dva postřehy, které stojí za to navrhnout kolem. Za prvé, modul SDIO odebírá znatelně více při přenosu 802.11b než modul USB (328 mA oproti 255 mA špičkově), protože běží při 17 dBm při všech rychlostech 11b, zatímco modul USB je kalibrován na 15–17 dBm v závislosti na rychlosti. Za druhé, USB modul má při příjmu 130–135 mA, což je zhruba dvojnásobek SDIO modulu, protože USB transceiver zůstává aktivní, zatímco rádio poslouchá. Na bateriově napájeném kapesním počítači tento rozdíl není akademický.

Uspořádání: umístěte hromadný kondenzátor 47–100 µF a pár 10 µF plus 0,1 µF do několika milimetrů od VDD33, ponechejte 3,3 V napájení na jeho vlastní trase nebo rovině a nikdy nesdílejte větev s motory, relé nebo ovladačem podsvícení. Krok 328 mA na sdílené kolejnici se projeví jako problém RF desense, který vypadá jako chyba rozvržení.

4. Zacházejte s anténní podložkou jako s nejvyšším rizikem na desce

Ani jeden modul neobsahuje anténu. Oba se připojují k externí anténě přes polootvorovou (kastelovanou) podložku se specifikovaným VSWR 1,7 typického a 2,0 maximálně pro BL-R8723BT1, maximálně 2,1 pro BL-M8723CS1. VSWR 2,0 již odráží zhruba 11 % dodaného výkonu; špatně vyladěná anténa promění 17 dBm vedeného výkonu na znatelně méně vyzářený výkon a zkrátí dosah.

Praktický kontrolní seznam:

• Nasměrujte napájení antény jako řízenou 50 Ω linku, tak krátkou, jak to umožňuje mechanická konstrukce, bez pahýlů, žádných prokovů v dráze RF a zemního prošívání po obou stranách.

• Udržujte anténu v dostatečné vzdálenosti od baterie, magnetu reproduktoru, LCD flexu a jakéhokoli uzemněného kovu. Anténa 2,4 GHz umístěná na kovovém držáku ztrácí větší dosah, než dokáže obnovit jakékoli nastavení ovladače.

• Pokud je pouzdro kovové, přesuňte anténu mimo něj a použijte pigtail IPEX-to-SMA – pak při výpočtu rozpočtu propojení zohledněte ztrátu kabelu a konektoru.

• Ověřujte se skutečným krytem, ​​ne s modulem na lavici. Jediným měřením, na kterém záleží, je radiační testování finálních plastů, baterie a vedení kabelů.

Vedený vysílací výkon je kalibrován na rychlost, takže efektivní vyzařovaný výkon závisí na anténě stejně jako na modulu. Očekávejte 17 dBm u 802.11ba 802.11g 6 Mbps a 14–15 dBm u vysokopropustných rychlostí MCS7, kde EVM omezuje použitelný výstup:

Vysílejte energii na anténní podložce, z oficiální specifikace. Citlivost pro referenci: -92 dBm (11b 1 Mbps) a -66 dBm (HT40 MCS7) na BL-R8723BT1 ; -93 dBm a -66 dBm na BL-M8723CS1.

Udržujte přívod krátký a vzdálený od kovu, baterií a plechovek štítu; přidejte ztrátu pigtailu do rozpočtu spojení, když je anténa umístěna mimo kovový kryt.

5. Navrhněte koexistenci do aplikace, ne do naděje

Kombinovaný modul 2,4 GHz má jedno rádio sdílené mezi WLAN a Bluetooth. Ovladač časově rozdělí rádio mezi dva, což funguje dobře, ale není zdarma: při současném zatížení klesá agregovaná propustnost WLAN a zvyšuje se latence Bluetooth. To je normální a očekávané chování pro tuto architekturu, není to vada.

Co s tím dělat: definujte profil návštěvnosti včas a otestujte jej. U IPC streamujícího 1080p, zatímco telefon poskytuje přes BLE, měřte ztrátu snímků při obou běžících, nikoli po jednom. U POS terminálu otestujte platební transakci, když je připojen skener BLE. Pokud je součástí produktu zvuk, dbejte na to, aby byly audio linka a plán kanálů WLAN vzájemně informovány – kanály 1, 6 a 11 o šířce 20 MHz ponechají více místa než HT40.

Dvě možnosti architektury snižují problém před zapojením firmwaru: použijte raději BLE než Classic tam, kde to případ použití umožňuje (kratší, naplánované události připojení), a vyhněte se umístění antén Wi-Fi a Bluetooth do stejné ochrany, pokud vám mechanický design dává na výběr.

6. Před zmrazením rozvržení získejte ovládací a řemínkové kolíky

Zde se nejčastěji přetáčejí návrhy založené na SDIO. Na BL-M8723CS1 má několik kolíků dvojí funkci a jeden nese zapínací řemínek:

• CHIP_EN (pin 35) je aktivní-nízký reset s interním pull-upem 100 kΩ na VDD33. Nechte jej přístupný nebo jej řiďte z hostitelského GPIO s definovaným zpožděním při zapnutí; nenechte jej plavat v blízkosti spínací kolejnice.

• WL_DIS# (pin 12) stáhne funkci WLAN a deaktivuje rozhraní SDIO, když je nastavena nízká úroveň – užitečné pro stav, kdy je rádio vypnuto. BT_DIS# (pin 34) dělá totéž pro Bluetooth. Všimněte si interakce příznaků v datovém listu: popisuje také stav resetování celého čipu, když jsou oba piny deaktivovány, takže tyto piny odešlete z hostitele namísto trvalého svázání jednoho z nich.

• GPIO1 (pin 25) je kolík popruhu, vnitřně stažený nízko o 100 kΩ a nesmí být vytažen vysoko během zapínání. Pokud váš hostitel řídí tuto síť, udržujte ji vysoko na Z, dokud modul nenabootuje – posun úrovně nebo externí pull-up zde způsobí občasné selhání zavádění, které je velmi těžké vysledovat.

• LPO (pin 24) může mít externí 32 kHz nebo RTC hodiny pro přesné nízkoenergetické časování; je sdílen s GPIO6 a vysokorychlostním výstupem UART RTS, takže se včas rozhodněte, kterou funkci potřebujete.

• Pin 41 je vnitřně připojen k ostatním zemnicím kolíkům, takže jej lze ponechat nezapojený nebo jej použít pro UART_CTS ve vašem aplikačním obvodu, aniž by to ovlivnilo normální provoz – užitečné, když se 44pinová stopa musí vejít do existujícího pole padů.

USB modul je jednodušší: 32,768 kHz nízkonapěťový hodinový vstup na kolíku 4 plus pár DEVICE_WAKE_HOST a HOST_WAKE_DEVICE používaný pro vzdálené probuzení. Pokud váš produkt spoléhá na probuzení iniciované hostitelem z režimu spánku, připojte oba kabely a ověřte polaritu očekávanou vaším ovladačem.

Nejprve Rails, pak uvolněte CHIP_EN a poté nechte hostitele, aby provedl výčet. Udržujte GPIO1 high-Z při zapnutí.

7. Přizpůsobte provozní rozsah krytu, nikoli místnosti

BL-M8723CS1 je dimenzován na -20 °C až +70 °C; BL-R8723BT1 je dimenzován na -10 °C až +70 °C. Oba jsou určeny pro 10–95% RH nekondenzující. Rozdíl 10 °C je jediná specifikace, která nejčastěji diskvalifikuje jinak správnou volbu: palubní kamera namontovaná na čelním skle na trhu s chladným klimatem bude mít teploty pod -10 °C a varianta USB je tam mimo stanovený rozsah – robotický vysavač nebo vnitřní POS terminál nikdy nebudou.

Horní hranice si zaslouží stejnou úctu. Utěsněný kryt IP kamery na přímém slunci nebo set-top box naskládaný pod TV může vytlačit místní okolní teplotu výrazně nad 40 °C. Změřte teplotu vzduchu v modulu, nikoli pokojovou teplotu, a snižte svůj tepelný návrh oproti stropu 70 °C s rezervou, spíše než navrhujte podle něj.

8. Uzamknout výrobu, skladování a rozsah certifikace

Tři položky, které se ve specifikaci objevují pozdě a způsobují pozdní překvapení:

Přeformátovat. Oba moduly specifikují maximální teplotu 250 °C a ne více než dva přetavení. Třetí průchod – běžný, když je deska přepracována nebo je přidán druhý montážní krok – je mimo specifikaci a režim selhání se objeví jako okrajové spojení RF nebo BLE o měsíce později, nikoli při testu.

Skladování a manipulace. BL-R8723BT1 definuje rozsah skladování -45 °C až +85 °C, 12měsíční okno od vakuového balení a 72hodinové okno po otevření sáčku. Pokud indikátor vlhkosti změnil barvu, před pájením jednou pečte při 60 °C po dobu 24 hodin. Oba moduly jsou zařízení citlivá na ESD a vyžadují standardní opatření pro manipulaci na lince.

Osvědčení. Rozsah RF a EMC závisí na trhu, na který dodáváte, a na hostitelském krytu – certifikát modulu se automaticky nevztahuje na hotový produkt. Kontaktujte nás pro získání aktuálních testovacích zpráv pro konkrétní model a trh a spárujte zprávu s přesným firmwarem a konfigurací antény používané ve výrobě. Domácí a exportní požadavky se mohou lišit.

Tabulka výběru vedle sebe

Shrnutí z našich oficiálních specifikačních dokumentů, dostupné na vyžádání.

Pokrytí řidiče a platformy

Oba moduly jsou postaveny na křemíku Realtek s podporou ovladačů dodavatele pro Linux a Android, což je to, co většina návrhů IPC, POS a zařízení ve skutečnosti dodává. Varianta USB navíc obsahuje podporu Windows, která je užitečná pro periferní zařízení a produkty ve stylu dongle. Než vydáte verzi jádra, ověřte si s naším týmem FAE přesný balíček ovladačů – tím, co hýbe plánem, je obvykle připravenost ovladače, nikoli výkon RF.

Jakou podporu můžete očekávat před a po výhře designu

• Standardní moduly ve vzorových množstvích plus oficiální dokumenty se specifikacemi, definice pinů a referenční schémata na vyžádání.

• Než desku uvolníte, zkontrolujte rozložení vašeho SDIO nebo USB směrování, udržení antény a strom napájení.

• Vlastní vývoj modulu na obou čipech: úprava pinů, změna velikosti půdorysu, možnosti antény (keramika na desce, konektor IPEX, poloviční podložka) a ladění parametrů firmwaru.

• Podpora dokumentace pro certifikační cestu, kterou plánujete.

Pokud je váš projekt stále ve fázi architektury, náš Přehled platforem RTL8723BU-CG a RTL8723CS-CG pokrývá rozdíly na úrovni čipů, případy aplikací hromadné výroby a rozsah vlastního vývoje; a Portfolio modulů 2,4 GHz Wi-Fi uvádí další možnosti kompatibilní s piny v této třídě.

FAQ

Další krok

Pošlete nám svou stránku schématu a mechanická omezení – umístění antény, materiál krytu, hostitelské rozhraní a cílový operační dosah – a náš aplikační tým vám vrátí posouzení vhodnosti pro každý modul, včetně změn na úrovni kolíků potřebných pro vaše rozvržení. Vyžádejte si vzorky, datový list a přehled rozložení.

Všechny údaje o výkonu v tomto článku jsou typické hodnoty pro referenci. Dokumenty s kompletní specifikací, zkušební zprávy a zdroje návrhu jsou k dispozici na vyžádání.