Dizajn kombiniranog modula Wi-Fi + Bluetooth: 8 odluka prije masovne proizvodnje

Većina Wi-Fi i Bluetooth kombiniranih modula ne zakažu u RF laboratoriju. Ne uspijevaju u integraciji: zajednička sabirnica koja izgladnjuje krajnju točku Bluetootha, antenski jastučić gurnut ispod metalnog nosača, igla remena koja se drži visoko tijekom uključivanja ili reflow profil radi jedan prolaz previše. Ovaj vodič prolazi kroz osam odluka koje određuju hoće li kombinirani modul od 2,4 GHz doseći masovnu proizvodnju prema planu. Izmjereni podaci dolaze iz dva modula Realtek RTL8723 koji se isporučuju: temeljen na USB-u BL-R8723BT1 ( RTL8723BU-CG ) i SDIO + UART BL-M8723CS1 ( RTL8723CS-CG ).

1. Započnite s glavnim sučeljem, a ne s naslovom podatkovne tablice

Oba modula nude IEEE 802.11b/g/n 1T1R s PHY brzinom do 150 Mbps, a oba pokrivaju isti pojas od 2,4–2,4835 GHz s 13 kanala na 20 MHz. Ono što se zapravo razlikuje - i ono što odlučuje o vašoj shemi - je način na koji modul razgovara s hostom.

USB verzija stavlja WLAN i Bluetooth na jednu zajedničku USB 2.0 vezu. To znači jedan priključak glavnog računala, jedan skup diferencijalnih parova i nema drugog kontrolera za uključivanje. Kompromis je u tome što obje funkcije žive na istom priključku i dijele proračun prekida i propusnosti. U kontrolnoj kameri taj raspored s jednim kabelom obično je razlika između dvoslojne ploče i četveroslojne ploče.

SDIO verzija odvaja dvije funkcije: WLAN radi na SDIO 2.0 (isti pinovi se mogu konfigurirati kao GSPI), dok Bluetooth radi na neovisnom brzom UART-u s hardverskom kontrolom protoka. Ništa se ne dijeli, tako da se Wi-Fi propusnost ne natječe s Bluetooth prometom na razini sabirnice — ali trebate rezervne SDIO i UART resurse na host SoC-u, plus otprilike 30 dodatnih pinova na otisku modula (44 naspram 14).

Praktično pravilo: ako vaš SoC ima rezervni USB host port i nema slobodnog SDIO kontrolera, uzmite USB modul; ako su SDIO i UART već pokvareni, uzmite SDIO modul i neka dva puta budu neovisna.

USB: dvije funkcije dijele jednu sabirnicu. SDIO + UART: svaka funkcija dobiva svoju sabirnicu.

2. Odaberite Bluetooth profil koji vaš proizvod zapravo isporučuje

Bluetooth je mjesto gdje se dva modula najviše razlikuju i gdje se specifikacije najčešće pogrešno čitaju.

BL-R8723BT1 ima dvostruki način rada : Bluetooth Classic v2.1 + EDR zajedno s Low Energy v4.0, pri čemu Classic radi u klasi 1, a LE u klasi 1.5. Izmjerena snaga prijenosa je 6 dBm tipično (8 dBm maksimalno) za BR/EDR i LE podjednako, a BR/EDR prijemna osjetljivost je -90 dBm pri 0,1% BER-a. Ako vaš proizvod struji zvuk na zvučnik, uparuje se s naslijeđenim telefonskim priborom ili treba podatkovni kanal u stilu SPP-a, ovo je varijanta za korištenje.

BL-M8723CS1 je samo BLE, Core Specification v4.1, Class 1.5, s 3 dBm tipično i 6 dBm maksimalnom snagom prijenosa, i -90 dBm tipično LE prijemnom osjetljivošću na 5% PER. Nema klasičnog skupa niti audioputa uopće. To nije ograničenje koje treba zaobići - to je odluka o cijeni i snazi. Za pružanje usluga, OTA okidače, senzorsku telemetriju ili vezu statusa na telefonsku aplikaciju, BLE 4.1 je dovoljan, a vi izbjegavate plaćanje za Classic stack koji nikada nećete koristiti.

Nemojte navoditi skup Bluetooth značajki samo iz marketinškog pregleda. Nizovi verzija se kopiraju između dokumenata; obratite se našem timu kako biste dobili službeni dokument sa specifikacijama i podatke o RF ispitivanju za validaciju.

3. Odredite stablo snage oko vršne struje, a ne prosječne struje

Oba modula pokreću glavnu tračnicu od 3,3 V ±0,2 V. BL-R8723BT1 izvlači najviše 400 mA iz te pojedinačne tračnice; BL-M8723CS1 crpi do 450 mA na glavnoj tračnici i dodaje zasebnu I/O tračnicu (VDIO) koja može biti 3,3 V ±0,2 V ili 1,8 V ±0,1 V. Odvojena I/O tračnica je istinski korisna: možete zadržati RF napajanje od 3,3 V dok se razina usklađuje izravno s 1,8 V SoC, bez vanjskih prevoditelja na šest SDIO i UART linija.

Planirajte vrhunce prijenosa, a ne prosjeke specifikacija:

Izvor: tablice potrošnje struje iz službenih dokumenata specifikacije modula, dostupne na zahtjev. Vrijednosti su tipične / maksimalne pri navedenim uvjetima ispitivanja; Podaci RF testa, a ne prosjeci na razini aplikacije.

Dva zapažanja vrijedna osmišljavanja. Prvo, SDIO modul privlači primjetno više u 802.11b prijenosu od USB modula (328 mA naspram 255 mA vrha) jer radi na 17 dBm u svim 11b brzinama, dok je USB modul kalibriran na 15–17 dBm ovisno o brzini. Drugo, USB modul ima 130–135 mA u prijemu, otprilike dvostruko više od SDIO modula, jer USB primopredajnik ostaje aktivan dok radio sluša. Na ručnom uređaju s baterijskim napajanjem ta razlika nije akademska.

Smjernice za raspored: postavite skupni kondenzator od 47–100 µF i par od 10 µF plus 0,1 µF unutar nekoliko milimetara od VDD33, neka napajanje od 3,3 V bude na vlastitom tragu ili ravnini i nikada ne dijelite granu s motorima, relejima ili pokretačkim programom pozadinskog osvjetljenja. Korak od 328 mA na zajedničkoj tračnici pojavit će se kao problem s RF gustoćom koji izgleda kao greška u rasporedu.

4. Tretirajte podlogu za antenu kao najrizičniju stavku na ploči

Niti jedan modul ne uključuje antenu. Oba se spajaju na vanjsku antenu kroz polurupni (kastelati) jastučić, s navedenim VSWR-om od 1,7 tipično i 2,0 maksimalno za BL-R8723BT1, 2,1 maksimalno za BL-M8723CS1. VSWR od 2,0 već odražava otprilike 11% isporučene snage; loše podešena antena pretvara 17 dBm provedene snage u osjetno manje zračene snage i skraćuje domet.

Praktični kontrolni popis:

• Usmjerite dovod antene kao kontrolirani vod od 50 Ω, onoliko kraći koliko mehanički dizajn dopušta, bez spojeva, bez otvora u RF putu i s uzemljenim šavovima duž obje strane.

• Držite antenu podalje od baterije, magneta zvučnika, savitljivog LCD-a i bilo kojeg uzemljenog metala. Antena od 2,4 GHz postavljena na metalni nosač gubi više dometa nego što bilo koja postavka drajvera može povratiti.

• Ako je kućište metalno, premjestite antenu izvan njega i upotrijebite IPEX-na-SMA pigtail — tada uzmite u obzir gubitak kabela i konektora kada izračunavate proračun veze.

• Provjerite sa stvarnim kućištem, a ne s modulom na stolu. Ispitivanje zračenjem s konačnom plastikom, baterijom i usmjeravanjem kabela jedino je važno mjerenje.

Provedena snaga odašiljanja kalibrirana je po brzini, tako da efektivna izračena izvedba ovisi o anteni koliko i o modulu. Očekujte 17 dBm na 802.11b i 802.11g 6 Mbps i 14–15 dBm na MCS7 brzinama visoke propusnosti gdje EVM ograničava korisni izlaz:

Snaga prijenosa na antenskoj ploči, prema službenoj specifikaciji. Osjetljivost za referencu: -92 dBm (11b 1 Mbps) i -66 dBm (HT40 MCS7) na BL-R8723BT1 ; -93 dBm i -66 dBm na BL-M8723CS1.

Neka dovod bude kratak i bez metala, baterija i limenki štitnika; dodajte gubitak pigtaila proračunu veze kada se antena nalazi izvan metalnog kućišta.

5. Dizajnirajte suživot u primjeni, a ne u nadi

Kombinirani modul od 2,4 GHz ima jedan radio koji dijele WLAN i Bluetooth. Upravljački program vremenski odsječe radio između njih dvoje, što dobro radi, ali nije besplatno: pod istodobnim opterećenjem, ukupna propusnost WLAN-a opada, a kašnjenje Bluetootha raste. To je normalno i očekivano ponašanje za ovu arhitekturu, a ne nedostatak.

Što učiniti u vezi s tim: rano definirajte prometni profil i testirajte ga. Za IPC streaming 1080p dok telefon pruža usluge preko BLE-a, izmjerite gubitak okvira dok oba rade, a ne jedan po jedan. Za POS terminal, testirajte transakciju plaćanja dok je BLE skener spojen. Ako je zvuk dio proizvoda, neka audio veza i plan WLAN kanala budu svjesni jedan drugoga — kanal 1, 6 i 11 sa širinom od 20 MHz ostavljaju više prostora nego HT40.

Dva izbora arhitekture smanjuju problem prije nego što se uključi firmware: koristite BLE radije nego Classic gdje to slučaj upotrebe dopušta (kraći, planirani događaji povezivanja) i izbjegavajte postavljanje Wi-Fi i Bluetooth antena u isti zapor ako vam mehanički dizajn daje izbor.

6. Uzmite igle za kontrolu i remen neposredno prije zamrzavanja izgleda

Ovo je mjesto gdje se dizajni temeljeni na SDIO-u najčešće ponovno vrte. Na BL-M8723CS1 nekoliko iglica ima dvostruku funkciju, a jedna nosi remen za uključivanje:

• CHIP_EN (pin 35) je aktivno nisko resetiranje s 100 kΩ internim povlačenjem na VDD33. Ostavite ga dostupnim ili ga pokrenite s glavnog GPIO-a s definiranom odgodom uključivanja; ne dopustite da pluta u blizini tračnice.

• WL_DIS# (pin 12) povlači WLAN funkciju prema dolje i onemogućuje SDIO sučelje kada je na niskoj razini — korisno za stanje tvrdog isključenja radija. BT_DIS# (pin 34) čini isto za Bluetooth. Obratite pozornost na interakciju zastavicama podatkovne tablice: ona također opisuje stanje resetiranja cijelog čipa kada su obje igle uklonjene, stoga izbacite te igle iz glavnog računala umjesto da bilo koji od njih trajno povežete.

• GPIO1 (pin 25) je igla trake, interno povučena nisko za 100 kΩ, i ne smije se povlačiti visoko tijekom uključivanja. Ako vaš host pokreće ovu mrežu, držite ga visoko-Z dok se modul ne podigne - pomicač razine ili vanjsko povlačenje ovdje će proizvesti povremeni neuspjeh pokretanja kojem je vrlo teško ući u trag.

• LPO (pin 24) može uzeti vanjski sat od 32 kHz ili RTC za precizno mjerenje vremena male snage; dijeli se s GPIO6 i UART RTS izlazom velike brzine, pa rano odlučite koja vam je funkcija potrebna.

• Pin 41 interno je spojen na druge pinove za uzemljenje, tako da se može ostaviti nepovezanim ili koristiti za UART_CTS u vašem aplikacijskom krugu bez utjecaja na normalan rad — zgodno kada 44-pinski otisak mora odgovarati postojećem nizu jastučića.

USB modul je jednostavniji: 32,768 kHz ulaz niske snage na pinu 4, plus par DEVICE_WAKE_HOST i HOST_WAKE_DEVICE koji se koristi za daljinsko buđenje. Ako se vaš proizvod oslanja na buđenje koje pokreće host iz suspenzije, spojite oba i potvrdite polaritet koji očekuje vaš upravljački program.

Prvo tračnice, zatim otpustite CHIP_EN, a zatim pustite host da nabraja. Držite GPIO1 visoko-Z tijekom uključivanja.

7. Uskladite radni raspon s kućištem, a ne s prostorijom

BL-M8723CS1 ima ocjenu od -20 °C do +70 °C; BL-R8723BT1 ima ocjenu od -10 °C do +70 °C. Oba su specificirana za 10–95% RH bez kondenzacije. Razlika od 10 °C jedina je specifikacija koja najčešće diskvalificira inače ispravan izbor: kamera na kontrolnoj tabli postavljena na vjetrobransko staklo na tržištu s hladnom klimom vidjet će temperature ispod -10 °C, a USB varijanta tamo je izvan svog nominalnog raspona — robotski usisavač ili unutarnji POS terminal nikada neće biti.

Gornja granica zaslužuje jednako poštovanje. Zatvoreno kućište IP kamere na izravnom suncu, ili set-top box postavljen ispod TV-a, može podići lokalnu temperaturu okoline znatno iznad 40 °C. Izmjerite temperaturu zraka na modulu, a ne sobnu temperaturu, i smanjite svoj toplinski dizajn u odnosu na strop od 70 °C s rezervom umjesto projektiranja prema njemu.

8. Zaključajte proizvodnju, skladištenje i opseg certifikacije

Tri stavke koje se pojavljuju kasno u specifikaciji i izazivaju kasna iznenađenja:

Reflow. Oba modula određuju vršnu temperaturu od najviše 250 °C i ne više od dva prolaza reflowa. Treći prolaz — uobičajeni kada se ploča prerađuje ili se dodaje drugi korak sklapanja — izvan je specifikacije, a način kvara pojavljuje se kao marginalna RF ili BLE veza mjesecima kasnije, a ne na testu.

Skladištenje i rukovanje. BL-R8723BT1 definira raspon skladištenja od -45 °C do +85 °C, 12-mjesečni period od vakuumskog pakiranja i 72-satni period nakon otvaranja vrećice. Ako je indikator vlažnosti promijenio boju, pecite na 60 °C 24 sata prije lemljenja. Oba modula su uređaji osjetljivi na ESD i zahtijevaju standardne mjere opreza pri rukovanju na liniji.

Certifikacija. RF i EMC opseg ovisi o tržištu na koje isporučujete i o kućištu glavnog računala — certifikat modula ne pokriva automatski gotov proizvod. Kontaktirajte nas kako biste dobili aktualna izvješća o ispitivanju za određeni model i tržište i uskladili izvješće s točnom firmverom i konfiguracijom antene koja se koristi u proizvodnji. Domaći i izvozni zahtjevi mogu se razlikovati.

Tablica za izbor jedna uz drugu

Sažetak iz naših službenih specifikacijskih dokumenata, dostupan na zahtjev.

Pokrivenost vozača i platforme

Oba modula izgrađena su na Realtek siliciju s podrškom upravljačkog programa proizvođača za Linux i Android, što je ono što većina IPC, POS i dizajna uređaja zapravo isporučuje. USB varijanta dodatno nosi podršku za Windows, korisnu za periferne uređaje i proizvode u stilu ključa. Prije nego što potvrdite verziju kernela, potvrdite točan paket upravljačkog programa s našim FAE timom — spremnost upravljačkog programa, a ne RF izvedba, obično je ono što pomiče raspored.

Kakvu podršku možete očekivati ​​prije i nakon pobjede dizajna

• Standardni moduli u količinama uzoraka, plus službeni specifikacijski dokumenti, definicije pinova i referentne sheme na zahtjev.

• Pregled izgleda vašeg SDIO ili USB usmjeravanja, držanja antene i stabla napajanja prije nego što pustite ploču.

• Prilagođeni razvoj modula na bilo kojem čipu: modifikacija pin-outa, promjena veličine otiska, opcije antene (ugrađena keramika, IPEX konektor, half-pad) i podešavanje parametara firmvera.

• Dokumentacijska podrška za put certifikacije koji planirate.

Ako je vaš projekt još u fazi arhitekture, naš Pregled platformi RTL8723BU-CG i RTL8723CS-CG pokriva razlike u razini čipa, slučajeve primjene u masovnoj proizvodnji i opseg prilagođenog razvoja; the Portfelj Wi-Fi modula od 2,4 GHz navodi ostale opcije kompatibilne s pinovima u ovoj klasi.

FAQ

Sljedeći korak

Pošaljite nam svoju stranicu sa shemom i mehanička ograničenja — položaj antene, materijal kućišta, sučelje glavnog računala i ciljni radni raspon — i naš tim za primjenu će vam vratiti procjenu prikladnosti za bilo koji modul, uključujući promjene na razini pinova potrebne za vaš izgled. Zatražite uzorke, podatkovnu tablicu i pregled izgleda.

Svi podaci o izvedbi u ovom članku su tipične vrijednosti za referencu. Potpuni specifikacijski dokumenti, izvješća o ispitivanju i resursi za dizajn dostupni su na zahtjev.