Wi-Fi + Bluetoothi ​​kombineeritud mooduli disainilahendus: 8 otsust enne mahutootmist

Enamik Wi-Fi ja Bluetoothi ​​kombineeritud mooduleid ei riku raadiosageduslaboris. Nende integreerimine ebaõnnestub: jagatud siin, mis nälgib Bluetoothi ​​lõpp-punkti, metallklambri alla surutud antennipadi, sisselülitamise ajal kõrgel hoitud rihma tihvt või tagasivooluprofiil töötab ühe käigu liiga palju. Selles juhendis kirjeldatakse kaheksa otsust, mis määravad, kas 2,4 GHz kombineeritud moodul jõuab graafikujärgse mahuni. Mõõdetud andmed pärinevad kahest tarnitavast Realtek RTL8723 moodulist : USB-põhiselt BL-R8723BT1 ( RTL8723BU-CG ) ja SDIO + UART BL-M8723CS1 ( RTL8723CS-CG ).

1. Alustage hosti liidesest, mitte andmelehe pealkirjast

Mõlemad moodulid pakuvad IEEE 802.11b/g/n 1T1R PHY kiirusega kuni 150 Mbps ja mõlemad katavad sama sagedusala 2,4–2,4835 GHz 13 kanaliga sagedusel 20 MHz. Mis tegelikult erineb – ja mis määrab teie skeemi – on see, kuidas moodul hostiga suhtleb.

USB-versioon ühendab WLAN-i ja Bluetoothi ​​ühe jagatud USB 2.0 ühendusega. See tähendab ühte hostiporti, ühte diferentsiaalpaaride komplekti ja teist kontrollerit, mida lubada. Kompromiss seisneb selles, et mõlemad funktsioonid töötavad samas pordis ja jagavad oma katkestuste ja ribalaiuse eelarvet. Armatuurkaameras on see ühe kaabli paigutus tavaliselt kahekihilise plaadi ja neljakihilise plaadi erinevus.

SDIO versioon eraldab kaks funktsiooni: WLAN töötab SDIO 2.0-ga (sama kontakte saab konfigureerida kui GSPI-d), samas kui Bluetooth töötab sõltumatul kiirel UART-il koos riistvaralise voo juhtimisega. Midagi ei jagata, nii et Wi-Fi läbilaskevõime ei konkureeri siinitasandil Bluetoothi ​​liiklusega – kuid teil on vaja SDIO- ja UART-ressursse hosti SoC-s, millele lisandub veel umbes 30 kontakti mooduli jalajäljele (44 versus 14).

Praktiline reegel: kui teie SoC-l on vaba USB-hostiport ja vaba SDIO-kontrollerit pole, võtke USB-moodul; kui SDIO ja UART on juba katki, võtke SDIO moodul ja hoidke need kaks teed sõltumatuna.

USB: kaks funktsiooni jagavad ühte siini. SDIO + UART: iga funktsioon saab oma siini.

2. Valige Bluetoothi ​​profiil, mida teie toode tegelikult tarnib

Bluetooth on koht, kus kaks moodulit erinevad kõige rohkem ja kus spetsifikatsioone loetakse kõige sagedamini valesti.

BL-R8723BT1 on kaherežiimiline : Bluetooth Classic v2.1 + EDR koos madala energiatarbega v4.0-ga, kusjuures Classic töötab klassis 1 ja LE klassis 1.5. Mõõdetud edastusvõimsus on 6 dBm tüüpiline (maksimaalselt 8 dBm) nii BR/EDR kui ka LE puhul ning BR/EDR vastuvõtutundlikkus on –90 dBm 0,1% BER juures. Kui teie toode voogesitab heli kõlarisse, ühendub telefoni pärandtarvikuga või vajab SPP-stiilis andmekanalit, on see variant, mida kasutada.

BL-M8723CS1 on ainult BLE, põhispetsifikatsioon v4.1, klass 1.5, 3 dBm tüüpiline ja 6 dBm maksimaalne saatevõimsus ning -90 dBm tüüpiline LE vastuvõtutundlikkus 5% PER juures. Klassikalist pinu pole ja heliteed pole üldse olemas. See ei ole piirang, mille ümber töötada – see on kulude ja võimu otsus. Varustamiseks, OTA päästikute, andurite telemeetria või telefonirakenduse olekulingi jaoks piisab BLE 4.1-st ja te ei maksa klassikalise virna eest, mida te kunagi ei kasuta.

Ärge määrake Bluetoothi ​​funktsioonide komplekti ainult turundusülevaatest. Versioonistringid kopeeritakse dokumentide vahel; võtke ühendust meie meeskonnaga, et hankida kinnitamiseks ametlik spetsifikatsioonidokument ja RF-testi andmed.

3. Eelarvestage energiapuud tippvoolu, mitte keskmise voolu ümber

Mõlemad moodulid töötavad 3,3 V ±0,2 V põhirööpast. BL-R8723BT1 võtab sellelt üksikult siinilt maksimaalselt 400 mA; BL-M8723CS1 võtab põhirööpale kuni 450 mA ja lisab eraldi I/O siini (VDIO), mis võib olla kas 3,3 V ±0,2 V või 1,8 V ±0,1 V. Eraldi I/O siini on tõeliselt kasulik: saate hoida 3,3 V RF-toiteallikat otse VC, 1 tasemel RF-toiteta. kuus SDIO ja UART liini.

Kavandage edastuspiike, mitte spetsifikatsiooni keskmisi:

Allikas: voolutarbimise tabelid ametlikest mooduli spetsifikatsiooni dokumentidest, saadaval nõudmisel. Väärtused on tüüpilised / maksimaalsed märgitud katsetingimustes; RF-testi näitajad, mitte rakenduse taseme keskmised.

Kaks tähelepanekut, mille ümber kujundada. Esiteks kasutab SDIO-moodul 802.11b edastust märgatavalt rohkem kui USB-moodul (328 mA versus 255 mA tipp), kuna see töötab 17 dBm kõigi 11b sageduste juures, samas kui USB-moodul on kalibreeritud sagedusel 15–17 dBm, sõltuvalt kiirusest. Teiseks, USB-mooduli vastuvõtt on 130–135 mA, mis on ligikaudu kaks korda suurem kui SDIO-moodul, kuna USB-transiiver jääb raadio kuulamise ajal aktiivseks. Akutoitel pihuarvuti puhul pole see erinevus akadeemiline.

Paigutuse juhis: asetage 47–100 µF mahtkondensaator ja 10 µF pluss 0,1 µF paar mõne millimeetri kaugusele VDD33-st, hoidke 3,3 V toidet omal rajal või tasapinnal ning ärge kunagi jagage haru mootorite, releede või taustvalgustuse draiveriga. Jagatud rööpa 328 mA samm kuvatakse RF desense probleemina, mis näeb välja nagu paigutusviga.

4. Käsitlege antennipadja kui kõige ohtlikumat eset tahvlil

Kumbki moodul ei sisalda antenni. Mõlemad ühendatakse välise antenniga läbi poole auguga (kastelleeritud) padja, mille VSWR on 1,7 tüüpiline ja 2,0 maksimaalne BL-R8723BT1 jaoks, 2,1 maksimaalne BL-M8723CS1 jaoks. VSWR 2.0 peegeldab juba ligikaudu 11% tarnitud võimsusest; halvasti häälestatud antenn muudab 17 dBm juhtiva võimsuse märgatavalt väiksemaks kiirgusvõimsuseks ja lühendab leviulatust.

Praktiline kontrollnimekiri:

• Suunake antenni toide kontrollitud 50 Ω liinina, nii lühikese, kui mehaaniline konstruktsioon võimaldab, ilma torudeta, RF-teel läbiviikudeta ja mõlemal küljel maandusõmblusteta.

• Hoidke antenn akust, kõlarimagnetist, vedelkristallekraanist ja maandatud metallist eemal. 2,4 GHz antenn, mis asetatakse vastu metallklambrit, kaotab rohkem leviala, kui ükski draiveri seade suudab taastada.

• Kui korpus on metallist, liigutage antenn sellest välja ja kasutage IPEX-SMA-patsi – seejärel arvestage ühenduse eelarve arvutamisel kaabli ja pistiku kadu.

• Kinnitage tegeliku korpusega, mitte mooduliga pingil. Ainus oluline mõõtmine on lõpliku plasti, aku ja kaabli marsruutimisega kiirgustestimine.

Juhtiv edastusvõimsus kalibreeritakse kiiruse järgi, nii et efektiivne kiirgusjõudlus sõltub nii antennist kui ka moodulist. Oodake 17 dBm 802.11b ja 802.11g 6 Mbps puhul ning 14–15 dBm suure läbilaskevõimega MCS7 kiirustel, kus EVM piirab kasutatavat väljundit:

Edastage võimsust antennipadjal ametlikust spetsifikatsioonist. Tundlikkus võrdluseks: -92 dBm (11b 1 Mbps) ja -66 dBm (HT40 MCS7) mudelil BL-R8723BT1 ; -93 dBm ja -66 dBm mudelil BL-M8723CS1.

Hoidke sööt lühike ja metallist, aku- ja kaitsepurkidest vaba; lisage lingi eelarvesse patsi kadu, kui antenn asub väljaspool metallkesta.

5. Kujundage kooseksisteerimine rakendusse, mitte lootusse

2,4 GHz kombineeritud moodulil on üks raadio, mis on jagatud WLAN-i ja Bluetoothi ​​vahel. Draiver jaotab raadio nende kahe vahel, mis töötab hästi, kuid pole tasuta: samaaegse koormuse korral väheneb WLAN-i koondläbilaskvus ja Bluetoothi ​​latentsus suureneb. See on selle arhitektuuri jaoks normaalne ja eeldatav käitumine, mitte defekt.

Mida sellega teha: määrake liiklusprofiil varakult ja testige seda. IPC voogedastuseks 1080p, kui telefon kasutab BLE-d, mõõtke kaadrikadu mõlema töötamise ajal, mitte ükshaaval. POS-terminali puhul testige maksetehingut, kui BLE-skanner on ühendatud. Kui heli on toote osa, hoidke helilinki ja WLAN-i kanalite plaani üksteisest teadlikud – 20 MHz laiusega kanalid 1, 6 ja 11 jätavad rohkem ruumi kui HT40.

Kaks arhitektuurivalikut vähendavad probleemi enne püsivara kaasamist: kasutage BLE-d, mitte klassikat, kui kasutusjuhtum lubab (lühemad, ajastatud ühenduse sündmused) ja vältige Wi-Fi ja Bluetoothi ​​antennide paigutamist samasse kohta, kui mehaaniline disain annab teile valikuvõimaluse.

6. Hankige juht- ja rihmatihvtid vahetult enne paigutuse külmumist

See on koht, kus SDIO-põhiseid kujundusi kõige sagedamini ümber kedratakse. Mudelil BL-M8723CS1 on mitmel tihvtil kaks funktsiooni ja ühel on sisselülitusrihm:

• CHIP_EN (kontakt 35) on aktiivne-madal lähtestamine 100 kΩ sisemise tõmbega kuni VDD33. Jätke see juurdepääsetavaks või juhtige seda hosti GPIO-st määratletud sisselülitusviivitusega; ärge laske sellel hõljuda lülitusrööpa lähedal.

• WL_DIS# (pin 12) tõmbab WLAN-i funktsiooni alla ja keelab SDIO-liidese, kui see on madal – kasulik kõva raadio väljalülitamise oleku korral. BT_DIS# (pin 34) teeb sama Bluetoothi ​​jaoks. Pange tähele andmelehe lippude koostoimet: see kirjeldab ka kogu kiibi lähtestamist, kui mõlemad kontaktid on tühistatud, nii et eemaldage need tihvtid hostist, selle asemel et kumbki neist püsivalt siduda.

• GPIO1 (tihvt 25) on rihmatihvt, mis on sisemiselt tõmmatud 100 kΩ võrra madalale ja seda ei tohi sisselülitamise ajal kõrgele tõmmata. Kui teie host juhib seda võrku, hoidke seda kõrgel Z-asendis, kuni moodul on käivitunud – taseme nihutaja või väline tõmbejõud põhjustab vahelduva alglaadimise tõrke, mida on väga raske jälgida.

• LPO (pin 24) võib kasutada välist 32 kHz või RTC kella täpseks väikese võimsusega ajastusse; seda jagatakse GPIO6 ja kiire UART RTS väljundiga, seega otsustage varakult, millist funktsiooni vajate.

• Viik 41 on sisemiselt ühendatud teiste maandustihvtidega, nii et selle saab jätta ühendamata või kasutada UART_CTS-i jaoks teie rakendusahelas, ilma et see mõjutaks tavapärast tööd – mugav, kui 44-kontaktiline jalajälg peab sobima olemasoleva padja massiiviga.

USB-moodul on lihtsam: 32,768 kHz väikese võimsusega kellasisend kontaktil 4 ning paar DEVICE_WAKE_HOST ja HOST_WAKE_DEVICE, mida kasutatakse kaugäratamiseks. Kui teie toode tugineb hosti algatatud peatamisest äratamisele, ühendage mõlemad ja kinnitage polaarsus, mida draiver eeldab.

Kõigepealt rööpad, seejärel vabastage CHIP_EN, seejärel laske hostil loetleda. Hoidke GPIO1 high-Z sisselülitamise kaudu.

7. Sobitage tööpiirkond ümbrisega, mitte ruumiga

BL-M8723CS1 on hinnatud -20 °C kuni +70 °C; BL-R8723BT1 on hinnatud -10 °C kuni +70 °C. Mõlemad on ette nähtud 10–95% suhtelise õhuniiskuse mittekondenseerumiseks. 10 °C erinevus on üks spetsifikatsioon, mis kõige sagedamini diskvalifitseerib muidu õige valiku: külma kliimaga turul on tuuleklaasile paigaldatud armatuurlaual temperatuur alla -10 °C ja USB-variant on seal väljaspool oma nimivahemikku – robottolmuimejat või siseruumides asuvat POS-terminali ei saa kunagi olema.

Ülempiir väärib samaväärset austust. Suletud IP-kaamera korpus otsese päikese käes või teleri alla asetatud digiboks võib suruda kohaliku ümbritseva õhutemperatuuri tunduvalt üle 40 °C. Mõõtke mooduli õhutemperatuuri, mitte toatemperatuuri, ja vähendage oma soojuskujundust 70 °C lae suhtes marginaaliga, mitte selle järgi.

8. Lukustage tootmine, ladustamine ja sertifitseerimise ulatus

Kolm üksust, mis ilmuvad spetsifikatsioonis hilja ja põhjustavad hiliseid üllatusi:

Reflow. Mõlemad moodulid määravad maksimumiks 250 °C ja mitte rohkem kui kaks tagasivoolu läbimist. Kolmas läbimine – tavaline plaadi ümbertöötamisel või teise montaažiastme lisamisel – on spetsifikatsioonist väljas ja tõrkerežiim kuvatakse kuid hiljem marginaalse RF- või BLE-lingina, mitte testimisel.

Ladustamine ja käitlemine. BL-R8723BT1 määratleb säilitusvahemiku -45 °C kuni +85 °C, 12-kuulise ajavahemiku vaakumpakendamisest ja 72-tunnise ajavahemiku pärast koti avamist. Kui niiskusindikaator on värvi muutnud, küpseta 60 °C juures 24 tundi enne jootmist üks kord. Mõlemad moodulid on ESD-tundlikud seadmed ja vajavad liinil standardseid ettevaatusabinõusid.

Sertifitseerimine. RF ja EMC ulatus sõltub turust, kuhu tarnite, ja hosti korpusest – mooduli sertifikaat ei hõlma automaatselt valmistoodet. Võtke meiega ühendust, et hankida konkreetse mudeli ja turu jaoks kehtivad katsearuanded ning viia aruanne vastavusse tootmises kasutatava täpse püsivara ja antenni konfiguratsiooniga. Riigisisesed ja ekspordinõuded võivad erineda.

Kõrvuti asetsev valikutabel

Kokkuvõte meie ametlikest spetsifikatsioonidokumentidest, saadaval nõudmisel.

Juhi ja platvormi katvus

Mõlemad moodulid on üles ehitatud Realteki ränile koos müüja draiveri toega Linuxi ja Androidi jaoks, mis on see, mida enamik IPC, POS ja seadmete disainilahendusi tegelikult tarnivad. USB-variant sisaldab lisaks Windowsi tuge, mis on kasulik välisseadmete ja dongle-tüüpi toodete jaoks. Enne kerneli versiooni kinnitamist kontrollige meie FAE meeskonnaga täpset draiveripaketti – ajakava liigutab tavaliselt draiverite valmisolek, mitte raadiosageduslik jõudlus.

Millist tuge võite oodata enne ja pärast disainivõitu

• Standardmoodulid näidiskogustes, lisaks ametlikud spetsifikatsioonidokumendid, tihvtide määratlused ja viiteskeemid nõudmisel.

• Enne plaadi vabastamist SDIO või USB-marsruutimise, antenni vältimise ja toitepuu paigutuse ülevaade.

• Kohandatud mooduli arendamine kummalgi kiibil: pin-out modifikatsioon, jalajälje suuruse muutmine, antenni valikud (pardal olev keraamika, IPEX-pistik, poolpadi) ja püsivara parameetrite häälestamine.

• Dokumentatsiooni tugi teie kavandatava sertifitseerimistee jaoks.

Kui teie projekt on veel arhitektuurijärgus, siis meie RTL8723BU-CG ja RTL8723CS-CG platvormide ülevaade hõlmab kiibi taseme erinevusi, masstootmise rakendusjuhtumeid ja kohandatud arendusala; a 2,4 GHz Wi-Fi moodulite portfellis on loetletud teised selle klassi kontaktidega ühilduvad valikud.

KKK

Järgmine samm

Saatke meile oma skemaatiline leht ja mehaanilised piirangud – antenni asukoht, korpuse materjal, hosti liides ja siht tööpiirkond – ning meie rakendusmeeskond saadab mõlema mooduli sobivuse hinnangu, sealhulgas teie paigutuse jaoks vajalikud viigutaseme muudatused. Taotlege näidiseid, andmelehte ja paigutuse ülevaatust.

Kõik selles artiklis esitatud toimivusandmed on tüüpilised võrdlusväärtused. Täielikud spetsifikatsioonidokumendid, katsearuanded ja projekteerimisressursid on saadaval nõudmisel.