طراحی ماژول ترکیبی Wi-Fi + بلوتوث: 8 تصمیم قبل از تولید حجم

اکثر ماژول‌های ترکیبی Wi-Fi و بلوتوث در آزمایشگاه RF از کار نمی‌افتند. آنها در یکپارچگی شکست می‌خورند: یک اتوبوس مشترک که نقطه پایانی بلوتوث را از بین می‌برد، یک پد آنتن که در زیر یک براکت فلزی قرار گرفته است، یک پین تسمه‌ای که در حین روشن شدن بالا نگه داشته می‌شود، یا یک نمایه جریان مجدد که یک پاس بیش از حد اجرا می‌شود. این راهنما از طریق هشت تصمیمی که تعیین می کند آیا یک ماژول ترکیبی 2.4 گیگاهرتز به تولید حجمی طبق برنامه می رسد یا خیر، می پردازد. داده‌های اندازه‌گیری شده از دو ماژول Realtek RTL8723 دریافت می‌شود: مبتنی بر USB BL-R8723BT1 ( RTL8723BU-CG ) و SDIO + UART BL-M8723CS1 ( RTL8723CS-CG ).

1. با رابط میزبان شروع کنید، نه با عنوان صفحه داده

هر دو ماژول IEEE 802.11b/g/n 1T1R را با نرخ PHY تا 150 مگابیت بر ثانیه ارائه می‌کنند و هر دو باند 2.4 تا 2.4835 گیگاهرتز را با 13 کانال در 20 مگاهرتز پوشش می‌دهند. آنچه در واقع متفاوت است - و آنچه شماتیک شما را تعیین می کند - نحوه صحبت ماژول با میزبان است.

نسخه USB WLAN و بلوتوث را روی یک اتصال مشترک USB 2.0 قرار می دهد. این بدان معناست که یک پورت میزبان، یک مجموعه از جفت‌های دیفرانسیل، و هیچ کنترل‌کننده دیگری برای فعال کردن وجود ندارد. معاوضه این است که هر دو تابع در یک پورت زندگی می کنند و بودجه وقفه و پهنای باند آن را به اشتراک می گذارند. در دوربین داشبورد، آرایش تک کابلی معمولاً تفاوت بین برد دو لایه و برد چهار لایه است.

نسخه SDIO دو عملکرد را از هم جدا می کند: WLAN روی SDIO 2.0 اجرا می شود (همان پین ها را می توان به عنوان GSPI پیکربندی کرد)، در حالی که بلوتوث روی یک UART پرسرعت مستقل با کنترل جریان سخت افزاری اجرا می شود. هیچ چیزی به اشتراک گذاشته نمی شود، بنابراین توان وای فای با ترافیک بلوتوث در سطح اتوبوس رقابت نمی کند - اما شما به منابع SDIO و UART اضافی در SoC میزبان، به علاوه تقریباً 30 پین دیگر روی ردپای ماژول (44 در مقابل 14) نیاز دارید.

یک قانون عملی: اگر SoC شما دارای یک پورت میزبان USB و بدون کنترلر SDIO رایگان است، ماژول USB را بردارید. اگر SDIO و UART قبلا شکسته شده اند، ماژول SDIO را بگیرید و دو مسیر را مستقل نگه دارید.

USB: دو عملکرد یک اتوبوس را به اشتراک می گذارند. SDIO + UART: هر تابع گذرگاه مخصوص به خود را دارد.

2. نمایه بلوتوثی را که محصول شما واقعاً ارسال می‌کند، انتخاب کنید

بلوتوث جایی است که این دو ماژول بیشتر از هم جدا می شوند و معمولاً مشخصات اشتباه خوانده می شود.

BL-R8723BT1 دو حالته است : بلوتوث کلاسیک نسخه 2.1 + EDR همراه با نسخه 4.0 کم انرژی، با کلاسیک در کلاس 1 و LE در کلاس 1.5. توان انتقال اندازه‌گیری‌شده برای BR/EDR و LE به طور یکسان ۶ دسی‌بل‌متر (حداکثر ۸ دسی‌بل‌متر) است و حساسیت دریافتی BR/EDR ۹۰-دسی‌بلمتر در ۰.۱ درصد BER است. اگر محصول شما صدا را به بلندگو پخش می‌کند، با لوازم جانبی تلفن قدیمی جفت می‌شود یا به یک کانال داده به سبک SPP نیاز دارد، این نوع مورد استفاده است.

BL-M8723CS1 فقط BLE، مشخصات هسته نسخه 4.1، کلاس 1.5، با 3 dBm معمولی و حداکثر 6 dBm قدرت انتقال، و -90 dBm LE معمولی حساسیت دریافت در 5% PER است. هیچ پشته کلاسیک و هیچ مسیر صوتی وجود ندارد. این یک محدودیت برای کار نیست - این یک تصمیم هزینه و قدرت است. برای تهیه، راه‌اندازهای OTA، تله‌متری حسگر، یا پیوند وضعیت به یک برنامه تلفن، BLE 4.1 کافی است، و از پرداخت هزینه برای پشته کلاسیکی که هرگز استفاده نخواهید کرد، اجتناب می‌کنید.

مجموعه ای از ویژگی های بلوتوث را تنها از یک نمای کلی بازاریابی مشخص نکنید. رشته های نسخه بین اسناد کپی می شوند. با تیم ما تماس بگیرید تا اسناد رسمی مشخصات و داده های آزمایش RF را برای تأیید اعتبار به دست آورید.

3. درخت قدرت را حول اوج جریان، نه جریان متوسط، بودجه بندی کنید

هر دو ماژول از یک ریل اصلی 3.3 ولت ± 0.2 ولت کار می کنند. BL-R8723BT1 حداکثر 400 میلی آمپر را از آن ریل تکی می کشد. BL-M8723CS1 تا 450 میلی آمپر روی ریل اصلی می کشد و یک ریل ورودی/خروجی جداگانه (VDIO) اضافه می کند که می تواند 3.3 ولت ± 0.2 ولت یا 1.8 ولت ± 0.1 ولت باشد. ریل ورودی/خروجی مجزا واقعاً مفید است: می توانید یک ترانس 3.3 ولت RF 1match را بدون منبع RF8 خارجی مستقیماً در سطح a-C نگه دارید. شش خط SDIO و UART.

برای پیک های انتقال برنامه ریزی کنید، نه میانگین مشخصات:

منبع: جداول مصرف فعلی از اسناد رسمی مشخصات ماژول، در صورت درخواست موجود است. مقادیر در شرایط آزمون بیان شده معمولی / حداکثر هستند. ارقام تست RF، نه میانگین های سطح کاربرد.

دو مشاهده ارزش طراحی در اطراف. اول، ماژول SDIO در انتقال 802.11b به طور قابل توجهی بیشتر از ماژول USB (328 میلی آمپر در مقابل حداکثر 255 میلی آمپر) جذب می کند، زیرا با سرعت 17 دسی بل در تمام نرخ های 11b کار می کند، در حالی که ماژول USB بسته به سرعت در 15 تا 17 دسی بل کالیبره می شود. دوم، ماژول USB در دریافت 130-135 میلی آمپر قرار دارد که تقریباً دو برابر ماژول SDIO است، زیرا فرستنده USB در حالی که رادیو گوش می دهد فعال می ماند. در یک گوشی دستی با باتری، این تفاوت علمی نیست.

راهنمای چیدمان: یک خازن حجیم 47-100 µF و یک جفت 10 µF بعلاوه 0.1 µF را در چند میلی‌متر VDD33 قرار دهید، تغذیه 3.3 ولت را روی صفحه یا صفحه خود نگه دارید و هرگز انشعاب را با موتورها، رله‌ها یا درایور نور پس‌زمینه به اشتراک نگذارید. یک پله 328 میلی آمپری روی یک ریل مشترک به عنوان یک مشکل متراکم RF نشان داده می شود که به نظر می رسد یک خطای چیدمان باشد.

4. پد آنتن را به عنوان پرخطرترین آیتم روی برد در نظر بگیرید

هیچ یک از ماژول ها دارای آنتن نیستند. هر دو از طریق یک پد نیمه سوراخ (قلکه ای) به یک آنتن خارجی متصل می شوند، با VSWR مشخص شده 1.7 معمولی و حداکثر 2.0 برای BL-R8723BT1، حداکثر 2.1 برای BL-M8723CS1. یک VSWR 2.0 در حال حاضر تقریباً 11٪ از توان ارائه شده را منعکس می کند. یک آنتن با تنظیم ضعیف، 17 دسی‌بلمتر از توان هدایت شده را به قدرت تابشی کمتر تبدیل می‌کند و برد را کوتاه می‌کند.

چک لیست عملی:

• مسیر تغذیه آنتن را به صورت یک خط کنترل شده 50 Ω، تا جایی که طراحی مکانیکی اجازه می دهد، کوتاه کنید، بدون هیچ گونه خرد، بدون گذرگاه در مسیر RF و دوخت زمین در امتداد هر دو طرف.

• آنتن را از باتری، آهنربای بلندگو، فلکس ال سی دی و هر فلز زمینی دور نگه دارید. یک آنتن 2.4 گیگاهرتزی که در مقابل یک براکت فلزی قرار می گیرد، برد بیشتری را نسبت به تنظیمات راننده از دست می دهد.

• اگر محفظه فلزی است، آنتن را به خارج از آن حرکت دهید و از پیگتیل IPEX-to-SMA استفاده کنید - سپس هنگام محاسبه بودجه پیوند، از دست دادن کابل و کانکتور را در نظر بگیرید.

• با محفظه واقعی اعتبار سنجی کنید، نه با ماژول روی نیمکت. آزمایش تابشی با پلاستیک نهایی، باتری و مسیریابی کابل تنها اندازه گیری مهم است.

توان انتقال هدایت شده در هر نرخ کالیبره می شود، بنابراین عملکرد تابشی موثر به همان اندازه که به ماژول بستگی دارد به آنتن بستگی دارد. 17 dBm در 802.11b و 802.11g 6 Mbps و 14-15 dBm در نرخ های MCS7 پرتوان انتظار می رود که در آن EVM خروجی قابل استفاده را محدود می کند:

انتقال قدرت در پد آنتن، از مشخصات رسمی. حساسیت برای مرجع: -92 dBm (11b 1 Mbps) و -66 dBm (HT40 MCS7) در BL-R8723BT1 . -93 dBm و -66 dBm در BL-M8723CS1.

خوراک را کوتاه و خالی از قوطی های فلزی، باتری و محافظ نگه دارید. هنگامی که آنتن در خارج از یک محفظه فلزی قرار می گیرد، تلفات پیگتیل را به بودجه پیوند اضافه کنید.

5. همزیستی را در برنامه طراحی کنید، نه در امید

یک ماژول ترکیبی 2.4 گیگاهرتز دارای یک رادیو مشترک بین WLAN و بلوتوث است. درایور رادیو را بین این دو برش می دهد، که به خوبی کار می کند اما رایگان نیست: تحت بارگذاری همزمان، توان عملیاتی WLAN جمع کاهش می یابد و تأخیر بلوتوث افزایش می یابد. این یک رفتار طبیعی و مورد انتظار برای این معماری است، نه یک نقص.

در مورد آن چه باید کرد: مشخصات ترافیک را زودتر تعریف کنید و با آن تست کنید. برای جریان IPC 1080p در حالی که تلفن از طریق BLE ارائه می شود، افت فریم را با هر دو در حال اجرا اندازه گیری کنید، نه یکی در یک زمان. برای پایانه POS، در حالی که یک اسکنر BLE متصل است، تراکنش پرداخت را آزمایش کنید. اگر صدا بخشی از محصول است، پیوند صوتی و طرح کانال WLAN را از یکدیگر آگاه نگه دارید - کانال 1، 6 و 11 با عرض 20 مگاهرتز فضای بیشتری نسبت به HT40 ایجاد می کند.

دو انتخاب معماری، مشکل را قبل از درگیر شدن در میان‌افزار کاهش می‌دهند: از BLE به جای کلاسیک در جایی که مورد استفاده اجازه می‌دهد (رویدادهای اتصال کوتاه‌تر و برنامه‌ریزی‌شده) استفاده کنید، و اگر طراحی مکانیکی به شما امکان انتخاب می‌دهد، از قرار دادن آنتن‌های Wi-Fi و بلوتوث در کنار هم خودداری کنید.

6. پین های کنترل و بند را درست قبل از انجماد طرح دریافت کنید

این جایی است که طرح های مبتنی بر SDIO اغلب دوباره چرخیده می شوند. در BL-M8723CS1، چندین پین دارای عملکرد دوگانه هستند و یکی دارای یک تسمه روشن:

• CHIP_EN (پایه 35) یک تنظیم مجدد فعال-پایین با یک کشش داخلی 100 کیلو اهم به VDD33 است. آن را در دسترس بگذارید یا آن را از یک GPIO میزبان با تأخیر روشن روشن هدایت کنید. اجازه ندهید نزدیک ریل سوئیچینگ شناور شود.

• WL_DIS# (پین 12) عملکرد WLAN را پایین می‌آورد و رابط SDIO را هنگامی که درایو پایین است غیرفعال می‌کند - برای حالت خاموش رادیویی سخت مفید است. BT_DIS# (پین 34) همین کار را برای بلوتوث انجام می دهد. به تعاملی که برگه داده پرچم‌گذاری می‌کند توجه کنید: همچنین وضعیت بازنشانی کل تراشه را هنگامی که هر دو پین خالی می‌شوند، توصیف می‌کند، بنابراین این پین‌ها را به‌جای گره زدن دائمی هر یک از آنها از میزبان خارج کنید.

• GPIO1 (پایه 25) یک پین تسمه است که در داخل با 100 کیلو اهم پایین کشیده می شود و در هنگام روشن شدن برق نباید به سمت بالا کشیده شود. اگر هاست شما این شبکه را درایو می کند، آن را تا زمانی که ماژول بوت نشده است، آن را با Z بالا نگه دارید - یک تغییر دهنده سطح یا یک pull-up خارجی در اینجا یک خرابی بوت متناوب ایجاد می کند که ردیابی آن بسیار سخت است.

• LPO (پین 24) می تواند یک ساعت خارجی 32 کیلوهرتز یا RTC را برای زمان بندی دقیق کم مصرف بگیرد. با GPIO6 و خروجی پرسرعت UART RTS به اشتراک گذاشته شده است، بنابراین زودتر تصمیم بگیرید که به کدام عملکرد نیاز دارید.

• پین 41 به صورت داخلی به سایر پایه‌های زمین متصل است، بنابراین می‌توان آن را بدون اتصال رها کرد یا برای UART_CTS در مدار کاربردی خود بدون تأثیر بر عملکرد عادی استفاده کرد - زمانی که یک ردپای 44 پین باید با آرایه پد موجود مطابقت داشته باشد مفید است.

ماژول USB ساده‌تر است: ورودی ساعت کم‌مصرف 32.768 کیلوهرتز در پایه 4، به‌علاوه جفت DEVICE_WAKE_HOST و HOST_WAKE_DEVICE که برای بیداری از راه دور استفاده می‌شود. اگر محصول شما متکی به wake initiated host from suspend است، هر دو را سیم کشی کنید و قطبیت مورد انتظار راننده را تأیید کنید.

ابتدا ریل بزنید، سپس CHIP_EN را رها کنید، سپس به میزبان اجازه دهید شمارش کند. با روشن کردن، GPIO1 را high-Z نگه دارید.

7. محدوده عملکرد را با محفظه مطابقت دهید، نه با اتاق

BL-M8723CS1 دارای رتبه -20 درجه سانتیگراد تا +70 درجه سانتیگراد است. BL-R8723BT1 دارای رتبه -10 تا +70 درجه سانتیگراد است. هر دو برای 10-95٪ RH غیر متراکم مشخص شده اند. تفاوت 10 درجه سانتیگراد یکی از مشخصاتی است که اغلب یک انتخاب صحیح را رد می کند: یک داشبورد نصب شده روی شیشه جلو در یک بازار با آب و هوای سرد دمای کمتر از -10 درجه سانتیگراد را مشاهده می کند و نوع USB خارج از محدوده امتیازی خود در آنجا است - جاروبرقی ربات یا پایانه POS داخلی هرگز نخواهد بود.

حد بالا سزاوار احترام برابر است. یک محفظه مهر و موم شده دوربین IP در زیر نور مستقیم خورشید، یا یک ست تاپ باکس که در زیر تلویزیون قرار گرفته است، می تواند محیط محلی را به بالای 40 درجه سانتیگراد برساند. دمای هوا را در ماژول اندازه‌گیری کنید، نه دمای اتاق، و طراحی حرارتی خود را در مقابل سقف 70 درجه سانتی‌گراد با حاشیه به‌جای طراحی بر اساس آن، کاهش دهید.

8. محدوده تولید، ذخیره سازی و صدور گواهینامه را قفل کنید

سه مورد که دیر در مشخصات ظاهر می شوند و باعث شگفتی دیرهنگام می شوند:

جریان مجدد. هر دو ماژول حداکثر دمای 250 درجه سانتیگراد و حداکثر دو پاس جریان مجدد را مشخص می کنند. عبور سوم - زمانی که یک برد دوباره کار می‌شود یا مرحله مونتاژ دوم اضافه می‌شود رایج است - خارج از مشخصات است و حالت خرابی ماه‌ها بعد به‌عنوان یک پیوند RF یا BLE حاشیه‌ای ظاهر می‌شود، نه در آزمایش.

نگهداری و جابجایی. BL-R8723BT1 محدوده ذخیره سازی -45 درجه سانتیگراد تا +85 درجه سانتیگراد، یک پنجره 12 ماهه از بسته بندی خلاء، و یک پنجره 72 ساعته پس از باز شدن کیسه را تعریف می کند. اگر نشانگر رطوبت تغییر رنگ داد، قبل از لحیم کاری یک بار در دمای 60 درجه سانتیگراد به مدت 24 ساعت بپزید. هر دو ماژول دستگاه‌های حساس به ESD هستند و به اقدامات احتیاطی استاندارد در خط نیاز دارند.

گواهینامه. دامنه RF و EMC به بازاری که شما به آن ارسال می کنید و به محفظه میزبان بستگی دارد - گواهی ماژول به طور خودکار محصول نهایی را پوشش نمی دهد. برای دریافت گزارش های آزمایشی فعلی برای مدل و بازار خاص، و مطابقت گزارش با سیستم عامل و پیکربندی آنتن دقیق مورد استفاده در تولید، با ما تماس بگیرید. الزامات داخلی و صادرات می تواند متفاوت باشد.

جدول انتخاب کنار هم

خلاصه ای از اسناد رسمی مشخصات ما، در صورت درخواست موجود است.

پوشش درایور و پلت فرم

هر دو ماژول بر روی سیلیکون Realtek با پشتیبانی از درایور فروشنده برای لینوکس و اندروید ساخته شده‌اند، این همان چیزی است که اکثر طرح‌های IPC، POS و لوازم خانگی ارائه می‌شوند. نوع USB علاوه بر این دارای پشتیبانی از ویندوز است که برای محصولات جانبی و سبک دانگل مفید است. قبل از اینکه یک نسخه هسته را انجام دهید، بسته درایور دقیق را با تیم FAE ما تأیید کنید - معمولاً چیزی که برنامه را تغییر می دهد، آمادگی راننده است، نه عملکرد RF.

چه حمایتی می توانید قبل و بعد از برنده شدن طراحی انتظار داشته باشید

• ماژول های استاندارد در مقادیر نمونه، به علاوه اسناد رسمی مشخصات، تعاریف پین و شماتیک های مرجع در صورت درخواست.

• بررسی طرح‌بندی مسیریابی SDIO یا USB، نگه‌داشتن آنتن و درخت برق قبل از رها کردن برد.

• توسعه ماژول سفارشی در هر یک از تراشه‌ها: اصلاح پین‌آوت، تغییر اندازه ردپا، گزینه‌های آنتن (سرامیک روی برد، کانکتور IPEX، نیم پد)، و تنظیم پارامترهای میان‌افزار.

• پشتیبانی اسناد برای مسیر صدور گواهینامه که در حال برنامه ریزی هستید.

اگر پروژه شما هنوز در مرحله معماری است، ما نمای کلی پلت فرم RTL8723BU-CG و RTL8723CS-CG تفاوت های سطح تراشه، موارد کاربرد تولید انبوه و دامنه توسعه سفارشی را پوشش می دهد. را مجموعه ماژول Wi-Fi 2.4 گیگاهرتز سایر گزینه های سازگار با پین را در این کلاس فهرست می کند.

سوالات متداول

مرحله بعدی

صفحه شماتیک و محدودیت‌های مکانیکی خود - مکان آنتن، مواد محفظه، رابط میزبان و محدوده عملیاتی هدف - را برای ما ارسال کنید و تیم برنامه ما ارزیابی مناسبی را برای هر یک از ماژول‌ها، از جمله تغییرات سطح پین مورد نیاز برای طرح‌بندی شما، به ما ارسال می‌کند. درخواست نمونه، دیتاشیت و بررسی طرح.

تمام داده های عملکرد در این مقاله مقادیر معمولی برای مرجع هستند. اسناد مشخصات کامل، گزارش های آزمایش و منابع طراحی در صورت درخواست در دسترس هستند.