Wi-Fi + Bluetooth -yhdistelmämoduulin suunnittelu: 8 päätöstä ennen volyymituotantoa

Useimmat Wi-Fi- ja Bluetooth-yhdistelmämoduulit eivät epäonnistu RF-laboratoriossa. Ne epäonnistuvat integroinnissa: jaettu väylä, joka kärsii Bluetooth-päätepisteestä, metallikiinnikkeen alle työnnetty antennityyny, hihnan tappi, jota pidetään korkealla virran kytkemisen aikana, tai reflow-profiili kulkee yhden kierroksen liikaa. Tässä oppaassa käydään läpi kahdeksan päätöstä, jotka määrittävät, saavuttaako 2,4 GHz:n yhdistelmämoduuli tuotantomäärän aikataulussa. Mittaustiedot tulevat kahdesta Realtek RTL8723 -moduulista : USB-pohjaisesta BL-R8723BT1 ( RTL8723BU-CG ) ja SDIO + UART BL-M8723CS1 ( RTL8723CS-CG ).

1. Aloita isäntäliittymästä, älä tietolomakkeen otsikosta

Molemmat moduulit tarjoavat IEEE 802.11b/g/n 1T1R:n PHY-nopeudella jopa 150 Mbps, ja molemmat kattavat saman 2,4–2,4835 GHz:n kaistan 13 kanavalla 20 MHz:llä. Se, mikä itse asiassa eroaa - ja mikä ratkaisee kaaviosi - on se, miten moduuli puhuu isäntälle.

USB-versio yhdistää WLAN- ja Bluetooth-yhteyden yhteen jaettuun USB 2.0 -liitäntään. Tämä tarkoittaa yhtä isäntäporttia, yhtä differentiaaliparien sarjaa eikä toista mahdollista ohjainta. Kompromissi on, että molemmat toiminnot toimivat samassa portissa ja jakavat keskeytys- ja kaistanleveysbudjettinsa. Kojekamerassa tämä yhden kaapelin järjestely on yleensä ero kaksikerroksisen ja nelikerroksisen levyn välillä.

SDIO-versio erottaa nämä kaksi toimintoa: WLAN toimii SDIO 2.0:lla (samat nastat voidaan konfiguroida kuin GSPI), kun taas Bluetooth toimii itsenäisessä nopeassa UART-liitännässä laitteiston kulkuohjauksella. Mitään ei jaeta, joten Wi-Fi-läpäisykyky ei kilpaile Bluetooth-liikenteen kanssa väylätasolla – mutta tarvitset ylimääräisiä SDIO- ja UART-resursseja isäntäjärjestelmässä sekä noin 30 nastaa lisää moduulin jalanjäljessä (44 vs. 14).

Käytännön sääntö: jos SoC:ssasi on ylimääräinen USB-isäntäportti eikä vapaata SDIO-ohjainta, ota USB-moduuli; Jos SDIO ja UART ovat jo rikki, ota SDIO-moduuli ja pidä kaksi polkua toisistaan ​​riippumattomina.

USB: kaksi toimintoa jakaa yhden väylän. SDIO + UART: jokainen toiminto saa oman väylän.

2. Valitse Bluetooth-profiili, jonka tuotteesi todella toimittaa

Bluetooth on paikka, jossa kaksi moduulia eroavat eniten, ja missä tekniset tiedot luetaan useimmiten väärin.

BL-R8723BT1 on kaksoistila : Bluetooth Classic v2.1 + EDR yhdessä Low Energy v4.0:n kanssa, Classic toimii luokassa 1 ja LE luokassa 1.5. Mitattu lähetysteho on tyypillinen 6 dBm (enintään 8 dBm) BR/EDR:lle ja LE:lle, ja BR/EDR:n vastaanottoherkkyys on -90 dBm 0,1 % BER:llä. Jos tuotteesi suoratoistaa ääntä kaiuttimeen, muodostaa parin vanhan puhelinlisälaitteen kanssa tai tarvitsee SPP-tyylisen datakanavan, tämä on vaihtoehto.

BL-M8723CS1 on vain BLE, Core Specification v4.1, Class 1.5, tyypillinen 3 dBm ja 6 dBm maksimilähetysteho ja -90 dBm tyypillinen LE:n vastaanottoherkkyys 5 % PER:llä. Klassista pinoa ei ole, eikä äänipolkua ole ollenkaan. Tämä ei ole rajoitus kiertämiselle – se on kustannus- ja tehopäätös. Provisiointiin, OTA-laukaisuihin, sensorin telemetriaan tai tilalinkkiin puhelinsovellukseen riittää BLE 4.1, ja vältyt maksamasta Classic-pinosta, jota et koskaan käytä.

Älä määritä Bluetooth-ominaisuusjoukkoa pelkästään markkinoinnin yleiskatsauksesta. Versiomerkkijonot kopioidaan asiakirjojen välillä; ota yhteyttä tiimiimme saadaksesi virallisen spesifikaatioasiakirjan ja RF-testitiedot validointia varten.

3. Budjetoi tehopuu huippuvirran ympärille, älä keskivirtaa

Molemmat moduulit toimivat 3,3 V ±0,2 V pääkiskosta. BL-R8723BT1 ottaa enintään 400 mA virtaa tästä yksittäisestä kiskosta; BL-M8723CS1 kuluttaa jopa 450 mA pääkiskoon ja lisää erillisen I/O-kiskon (VDIO), joka voi olla joko 3,3 V ±0,2 V tai 1,8 V ± 0,1 V. Erillinen I/O-kisko on todella hyödyllinen: voit pitää 3,3 V:n RF-syötön suoraan ilman AC-1-tason RF-syötön kuusi SDIO- ja UART-linjaa.

Suunnittele lähetyshuippuja, ei spesifikaatioiden keskiarvoja:

Lähde: virrankulutustaulukot virallisista moduulispesifikaatioasiakirjoista, saatavilla pyynnöstä. Arvot ovat tyypillisiä / enimmäisarvoja ilmoitetuissa testiolosuhteissa; RF-testiluvut, eivät sovellustason keskiarvot.

Kaksi huomion arvoista havaintoa. Ensinnäkin SDIO-moduuli käyttää huomattavasti enemmän 802.11b-lähetystä kuin USB-moduuli (328 mA vs. 255 mA huippu), koska se toimii 17 dBm:llä kaikilla 11b-taajuuksilla, kun taas USB-moduuli on kalibroitu 15–17 dBm:iin taajuudesta riippuen. Toiseksi USB-moduulin vastaanotto on 130–135 mA, mikä on noin kaksinkertainen SDIO-moduuliin verrattuna, koska USB-lähetin-vastaanotin pysyy aktiivisena radion kuuntelun aikana. Akkukäyttöisellä kämmenlaitteella tämä ero ei ole akateeminen.

Asetteluohje: sijoita 47–100 µF:n bulkkikondensaattori ja 10 µF plus 0,1 µF pari muutaman millimetrin sisään VDD33:sta, pidä 3,3 V:n syöttö omalla viivallaan tai tasollaan äläkä koskaan jaa haaraa moottoreiden, releiden tai taustavalon ohjaimen kanssa. Jaetun kiskon 328 mA askelma näkyy RF-ongelmana, joka näyttää asetteluvirheeltä.

4. Käsittele antennilevyä levyn riskialttiimpana esineenä

Kumpikaan moduuli ei sisällä antennia. Molemmat liitetään ulkoiseen antenniin puolireikäisen (castellated) tyynyn kautta, jossa määritetty VSWR on tyypillinen 1,7 ja enintään 2,0 BL-R8723BT1:lle ja 2,1 maksimi BL-M8723CS1:lle. VSWR 2.0 heijastaa jo noin 11 % toimitetusta tehosta; huonosti viritetty antenni muuttaa 17 dBm johdetusta tehosta huomattavasti vähemmän säteilytehoa ja lyhentää kantamaa.

Käytännön tarkistuslista:

• Ohjaa antennin syöttö ohjattuna 50 Ω linjana, niin lyhyt kuin mekaaninen rakenne sallii, ilman päitä, ilman läpivientejä RF-polussa ja maadoitusompeleita molemmilla puolilla.

• Pidä antenni poissa akusta, kaiuttimen magneetista, LCD-langasta ja maadoitetusta metallista. Metallikannatinta vasten asetettu 2,4 GHz:n antenni menettää enemmän kantamaa kuin mikään ohjainasetus pystyy palauttamaan.

• Jos kotelo on metallia, siirrä antenni sen ulkopuolelle ja käytä IPEX-SMA-sidosta – ota sitten huomioon kaapelin ja liittimen häviö, kun lasket linkkibudjettia.

• Vahvista varsinaisella kotelolla, ei penkillä olevalla moduulilla. Säteilytestaus lopullisen muovin, akun ja kaapelin reitityksellä on ainoa mittaus, jolla on merkitystä.

Johtettu lähetysteho on kalibroitu nopeuden mukaan, joten tehollinen säteilyteho riippuu yhtä paljon antennista kuin moduulista. Odottaa 17 dBm 802.11b ja 802.11g 6 Mbps ja 14–15 dBm korkean suorituskyvyn MCS7 nopeuksilla, joissa EVM rajoittaa käytettävissä olevaa lähtöä:

Lähetä virta antennityynylle virallisesta tiedosta. Viiteherkkyys: -92 dBm (11b 1 Mbps) ja -66 dBm (HT40 MCS7) mallissa BL-R8723BT1 ; -93 dBm ja -66 dBm mallissa BL-M8723CS1.

Pidä syöttö lyhyenä ja erossa metalli-, akku- ja suojatölkeistä; Lisää letkuhäviö linkkibudjettiin, kun antenni on metallikotelon ulkopuolella.

5. Suunnittele rinnakkaiselo sovellukseen, ei toivoon

2,4 GHz:n yhdistelmämoduulissa on yksi radio, joka on jaettu WLANin ja Bluetoothin välillä. Kuljettaja jakaa radion näiden kahden välillä, mikä toimii hyvin, mutta ei ole ilmaista: samanaikaisen kuormituksen aikana WLAN-yhteensopivuus laskee ja Bluetooth-viive kasvaa. Tämä on normaalia ja odotettua toimintaa tälle arkkitehtuurille, ei vika.

Mitä tehdä asialle: määritä liikenneprofiili ajoissa ja testaa sitä vastaan. Jos IPC-suoratoisto on 1080p, kun puhelin käyttää BLE:tä, mittaa kuvahäviö molempien ollessa käynnissä, ei yksi kerrallaan. Testaa POS-päätettä maksutapahtumaa, kun BLE-skanneri on kytkettynä. Jos ääni kuuluu tuotteeseen, pidä audiolinkki ja WLAN-kanavasuunnitelma tietoisina toisistaan ​​– kanavat 1, 6 ja 11, joiden leveys on 20 MHz, jättävät enemmän tilaa kuin HT40.

Kaksi arkkitehtuurivaihtoehtoa vähentää ongelmaa ennen laiteohjelmistoa: käytä BLE:tä Classicin sijaan, jos käyttötapaus sallii (lyhyemmät, ajoitetut yhteystapahtumat) ja vältä Wi-Fi- ja Bluetooth-antennien sijoittamista samaan tilaan, jos mekaaninen rakenne antaa sinulle valinnanvaraa.

6. Hanki ohjaus- ja hihnatapit juuri ennen layoutin jäätymistä

Tässä SDIO-pohjaiset mallit useimmiten kehrätään uudelleen. Mallissa BL-M8723CS1 useilla nastoilla on kaksi toimintoa ja yhdessä virtahihna:

• CHIP_EN (nasta 35) on aktiivinen-matala nollaus, jossa on 100 kΩ sisäinen veto VDD33:een. Jätä se käytettäväksi tai ohjaa se isäntä-GPIO:sta määritetyllä käynnistysviiveellä. älä anna sen kellua kytkentäkiskon lähellä.

• WL_DIS# (nasta 12) vetää WLAN-toiminnon alas ja poistaa SDIO-liitännän käytöstä, kun se on alhainen – hyödyllinen kovassa radion katkaisutilassa. BT_DIS# (nasta 34) tekee samoin Bluetoothille. Huomaa tietolomakkeen lippujen vuorovaikutus: se kuvaa myös koko sirun nollaustilan, kun molemmat nastat on poistettu käytöstä, joten aja nämä nastat isännästä sen sijaan, että sitoisit jommankumman niistä pysyvästi.

• GPIO1 (nasta 25) on hihnatappi, joka on vedetty sisäisesti alas 100 kΩ, eikä sitä saa vetää korkealle virran kytkemisen aikana. Jos isäntäsi käyttää tätä verkkoa, pidä se korkeana Z-arvona, kunnes moduuli on käynnistynyt – tasonsiirrin tai ulkoinen ylösveto aiheuttaa ajoittaisen käynnistysvirheen, jota on erittäin vaikea jäljittää.

• LPO (nasta 24) voi ottaa ulkoisen 32 kHz:n tai RTC-kellon tarkan pienitehoisen ajoituksen; se on jaettu GPIO6:n ja nopean UART RTS -lähdön kanssa, joten päätä ajoissa, mitä toimintoa tarvitset.

• Nasta 41 on kytketty sisäisesti muihin maadoitusnastoihin, joten se voidaan jättää kytkemättä tai käyttää UART_CTS:lle sovelluspiirissäsi vaikuttamatta normaaliin toimintaan – kätevä, kun 44-nastaisen jalanjäljen on sopia olemassa olevaan alustaryhmään.

USB-moduuli on yksinkertaisempi: 32,768 kHz:n pienitehoinen kellotulo nastassa 4 sekä DEVICE_WAKE_HOST- ja HOST_WAKE_DEVICE-pari, jota käytetään etäherätykseen. Jos tuotteesi on riippuvainen isännän käynnistämään keskeytyksestä, kytke molemmat ja vahvista ohjaimen odottama napaisuus.

Rails ensin, vapauta sitten CHIP_EN ja anna isännän sitten luetella. Säilytä GPIO1 high-Z kytkemällä virta päälle.

7. Sovita toiminta-alue koteloon, älä huoneeseen

BL-M8723CS1 on mitoitettu -20 °C - +70 °C; BL-R8723BT1 on luokiteltu -10 °C - +70 °C. Molemmat on määritetty 10–95 %:n suhteelliselle kosteudelle, joka ei kondensoitu. 10 °C ero on se spesifikaatio, joka useimmiten hylkää muutoin oikean valinnan: tuulilasiin asennettu kojelauta kylmän ilmaston markkinoilla näkee lämpötilat alle -10 °C, ja USB-versio on siellä nimellisalueensa ulkopuolella – robottiimuria tai sisätiloissa olevaa POS-päätettä ei tule koskaan olemaan.

Yläraja ansaitsee yhtäläisen kunnioituksen. Sinetöity IP-kamerakotelo suorassa auringonpaisteessa tai television alle pinottu digiboksi voi nostaa paikallisen ympäristön selvästi yli 40 °C:n. Mittaa moduulin ilman lämpötila, älä huoneen lämpötilaa, ja vähennä lämpösuunnittelua 70 °C:n kattoa vasten marginaalilla sen sijaan, että suunnittelet sen mukaan.

8. Lukitse valmistus, varastointi ja sertifiointi

Kolme tuotetta, jotka näkyvät spesifikaatiossa myöhässä ja aiheuttavat myöhään yllätyksiä:

Reflow. Molemmat moduulit määrittävät maksimilämpötilan 250 °C ja enintään kaksi uudelleenvirtauskertaa. Kolmas läpimeno – yleinen, kun korttia työstetään uudelleen tai toinen kokoonpanovaihe lisätään – on määrittelyn ulkopuolella, ja vikatila näkyy marginaalisena RF- tai BLE-linkkinä kuukausia myöhemmin, ei testissä.

Varastointi ja käsittely. BL-R8723BT1 määrittelee -45 °C - +85 °C säilytysalueen, 12 kuukauden ajanjakson tyhjiöpakkauksesta ja 72 tunnin ajanjakson pussin avaamisen jälkeen. Jos kosteusilmaisin on vaihtanut väriä, paista 60 °C:ssa 24 tuntia ennen juottamista. Molemmat moduulit ovat ESD-herkkiä laitteita ja vaativat standardien käsittelyn varotoimia linjalla.

Sertifiointi. RF- ja EMC-laajuus riippuu markkinoista, joille toimitat, ja isäntäkotelosta – moduulisertifikaatti ei automaattisesti kata lopputuotetta. Ota meihin yhteyttä saadaksesi nykyiset testiraportit tietylle mallille ja markkinoille ja sovita raportti tarkalleen tuotannossa käytettyyn laiteohjelmistoon ja antennikokoonpanoon. Kotimaiset ja vientivaatimukset voivat vaihdella.

Vierekkäinen valintataulukko

Yhteenveto virallisista määritysasiakirjoistamme, saatavilla pyynnöstä.

Kuljettajan ja alustan kattavuus

Molemmat moduulit on rakennettu Realtek Siliconille ja toimittajan ajurit tukevat Linuxia ja Androidia, mikä on se, mitä useimmat IPC-, POS- ja laitemalleista todella toimittaa. USB-versiossa on lisäksi Windows-tuki, joka on hyödyllinen oheis- ja dongle-tyylisille tuotteille. Ennen kuin hankit ydinversion, varmista tarkka ajuripaketti FAE-tiimimme kanssa – ajurien valmius, ei RF-suorituskyky, on yleensä se, mikä muuttaa aikataulua.

Mitä tukea voit odottaa ennen suunnitteluvoittoa ja sen jälkeen

• Vakiomoduuleita näytemäärinä, sekä viralliset spesifikaatioasiakirjat, nastamääritykset ja viitekaaviot pyynnöstä.

• Asettelutarkistus SDIO- tai USB-reitityksestäsi, antennin suojauksesta ja tehopuusta ennen kuin vapautat levyn.

• Mukautettu moduulikehitys kummallekin sirulle: pin-out-muokkaus, jalanjäljen koon muuttaminen, antennivaihtoehdot (sisäinen keraaminen, IPEX-liitin, puolilevy) ja laiteohjelmiston parametrien viritys.

• Dokumentaatiotuki suunnittelemasi sertifiointipolulle.

Jos projektisi on vielä arkkitehtuurivaiheessa, meidän RTL8723BU-CG ja RTL8723CS-CG alustan yleiskatsaus kattaa sirutason erot, massatuotantosovellustapaukset ja mukautetun kehitysalueen; the 2,4 GHz:n Wi-Fi-moduuliportfoliossa on lueteltu muut tämän luokan pin-yhteensopivat vaihtoehdot.

FAQ

Seuraava askel

Lähetä meille kaaviosivusi ja mekaaniset rajoitukset – antennin sijainti, kotelon materiaali, isäntäliitäntä ja tavoitekäyttöalue – ja sovellustiimimme palauttaa sopivuusarvioinnin kummallekin moduulille, mukaan lukien asettelusi tarvittavat pin-tason muutokset. Pyydä näytteitä, tietolomake ja ulkoasun tarkistus.

Kaikki tämän artikkelin suorituskykytiedot ovat tyypillisiä viitearvoja. Täydelliset spesifikaatioasiakirjat, testiraportit ja suunnitteluresurssit ovat saatavilla pyynnöstä.