Wi-Fi + Bluetooth kombinált modul tervezése: 8 döntés a mennyiségi gyártás előtt

A legtöbb Wi-Fi és Bluetooth kombinált modul nem hibásodik meg az RF laborban. Nem sikerül az integrációjuk: egy megosztott busz, amely kiéhezteti a Bluetooth végpontot, egy fémkonzol alá bújtatott antennapárna, egy bekapcsoláskor magasra tartott pántcsap vagy egy reflow profil egy lépéssel túl sokat fut. Ez az útmutató végigvezeti azt a nyolc döntést, amelyek meghatározzák, hogy egy 2,4 GHz-es kombinált modul eléri-e az ütemezett mennyiségi termelést. A mért adatok két szállított származnak Realtek RTL8723 modulból : az USB-alapú BL-R8723BT1 ( RTL8723BU-CG ) és az SDIO + UART BL-M8723CS1 ( RTL8723CS-CG ) modulból.

1. Kezdje a gazdagép felülettel, ne az adatlap címsorával

Mindkét modul IEEE 802.11b/g/n 1T1R-t kínál akár 150 Mbps PHY sebességgel, és mindkettő ugyanazt a 2,4–2,4835 GHz-es sávot fedi le, 13 csatornával 20 MHz-en. Ami valójában különbözik – és ami meghatározza a kapcsolási rajzot – az az, hogy a modul hogyan beszél a gazdagéppel.

Az USB-verzió egyetlen megosztott USB 2.0-s csatlakozásra helyezi a WLAN-t és a Bluetooth-t. Ez azt jelenti, hogy egy gazdagép port, egy differenciálpár készlet, és nincs második engedélyezhető vezérlő. A kompromisszum az, hogy mindkét funkció ugyanazon a porton működik, és megosztja a megszakítási és sávszélesség-költségvetést. A műszerfalban ez az egykábeles elrendezés általában a kétrétegű és a négyrétegű tábla közötti különbség.

Az SDIO verzió különválasztja a két funkciót: a WLAN SDIO 2.0-n fut (ugyanazok a lábak konfigurálhatók, mint a GSPI), míg a Bluetooth független, nagy sebességű UART-on fut hardveres áramlásvezérléssel. Semmi sincs megosztva, így a Wi-Fi átviteli sebessége nem versenyez a Bluetooth-forgalommal a busz szintjén – de szükség van tartalék SDIO- és UART-erőforrásokra a gazdagép SoC-n, valamint nagyjából 30 további érintkezőre a modul lábnyomán (44 szemben a 14-gyel).

Gyakorlati szabály: ha a SoC-nek van tartalék USB host portja és nincs szabad SDIO vezérlője, vigye az USB modult; ha az SDIO és az UART már ki van bontva, akkor vegyük az SDIO modult és tartsuk függetlenek a két útvonalat.

USB: két funkció osztozik egy buszon. SDIO + UART: minden funkció saját buszt kap.

2. Válassza ki a termék által ténylegesen szállított Bluetooth-profilt

A Bluetooth az a hely, ahol a két modul leginkább eltér, és ahol a specifikációkat leggyakrabban félreolvasják.

A BL-R8723BT1 kettős üzemmódú : Bluetooth Classic v2.1 + EDR a Low Energy v4.0-val együtt, a Classic az 1. osztályban és az LE az 1.5 osztályban működik. A mért adási teljesítmény tipikusan 6 dBm (maximum 8 dBm) BR/EDR és LE esetén, a BR/EDR vételi érzékenysége pedig -90 dBm 0,1%-os BER mellett. Ha a termék hangszóróra közvetíti a hangot, párosítja egy régi telefontartozékkal, vagy SPP-stílusú adatcsatornára van szüksége, akkor ezt a változatot kell használni.

A BL-M8723CS1 csak BLE, Core Specification v4.1, Class 1.5, 3 dBm tipikus és 6 dBm maximális adási teljesítménnyel, valamint -90 dBm tipikus LE vételi érzékenységgel 5% PER mellett. Nincs klasszikus verem és egyáltalán nincs hangút. Ez nem korlát, hogy megkerüljük – ez költség- és teljesítménydöntés. A kiépítéshez, az OTA triggerekhez, a szenzortelemetriához vagy a telefonos alkalmazásra mutató állapothivatkozáshoz elegendő a BLE 4.1, és nem kell fizetnie egy olyan klasszikus veremért, amelyet soha nem fog használni.

Ne adjon meg Bluetooth funkciókészletet pusztán a marketing áttekintésből. A verzió-karakterláncok másolásra kerülnek a dokumentumok között; lépjen kapcsolatba csapatunkkal, hogy megszerezze a hivatalos specifikációs dokumentumot és az RF tesztadatokat az érvényesítéshez.

3. A teljesítményfát a csúcsáram körül tervezze meg, ne az átlagos áramerősség körül

Mindkét modul 3,3 V ±0,2 V-os fősínről működik. A BL-R8723BT1 maximum 400 mA áramot vesz fel az egyetlen sínről; A BL-M8723CS1 450 mA-t vesz fel a fősínre, és egy külön I/O sínt (VDIO) ad hozzá, amely 3,3 V ±0,2 V vagy 1,8 V ± 0,1 V lehet. A külön I/O sín valóban hasznos: így 3,3 V-os RF tápellátást tarthat közvetlenül a VC-n, 1-es szintű fordító 8 nélkül. hat SDIO és UART vonal.

Az átviteli csúcsok tervezése, nem a specifikációs átlagok:

Forrás: áramfogyasztási táblázatok a hivatalos modulspecifikációs dokumentumokból, kérésre elérhetőek. Az értékek tipikusak / maximumok a megadott vizsgálati körülmények között; RF-teszt adatok, nem alkalmazásszintű átlagok.

Két megfigyelést érdemes körülgondolni. Először is, az SDIO modul észrevehetően többet vesz fel a 802.11b átvitelből, mint az USB-modul (328 mA versus 255 mA csúcs), mivel 17 dBm-en fut az összes 11b frekvencián, míg az USB-modul 15–17 dBm-re van kalibrálva a sebességtől függően. Másodszor, az USB-modul 130–135 mA-es vételi feszültséggel rendelkezik, ami nagyjából kétszerese az SDIO-modulnak, mivel az USB-adó-vevő aktív marad, amíg a rádiót hallgatja. Egy elemmel működő kézi számítógépen ez a különbség nem tudományos.

Elrendezési útmutató: helyezzen el egy 47–100 µF-os ömlesztett kondenzátort és egy 10 µF plusz 0,1 µF-os párt a VDD33 néhány milliméterén belül, tartsa a 3,3 V-os betáplálást a saját nyomvonalán vagy síkján, és soha ne ossza meg az ágat motorokkal, relékkel vagy a háttérvilágítás meghajtójával. Egy 328 mA-es lépés egy megosztott sínen RF desense problémaként jelenik meg, ami elrendezési hibának tűnik.

4. Kezelje az antennapárnát a legnagyobb kockázatú elemként a táblán

Egyik modul sem tartalmaz antennát. Mindkettő külső antennához csatlakozik egy féllyukú (castellált) padon keresztül, a megadott VSWR 1.7 tipikus és 2.0 maximum BL-R8723BT1, 2.1 maximum BL-M8723CS1 esetén. A 2.0-s VSWR már nagyjából a leadott teljesítmény 11%-át tükrözi; a rosszul hangolt antenna 17 dBm-es vezetőteljesítményt észrevehetően kisebb sugárzó teljesítményre fordít, és lerövidíti a hatótávolságot.

A gyakorlati ellenőrző lista:

• Vezesse az antenna betáplálását vezérelt 50 Ω-os vezetékként, olyan rövidre, amennyire a mechanikai kialakítás lehetővé teszi, csonkok, átmenetek nélkül az RF útvonalon, és mindkét oldalon földelési varrással.

• Tartsa távol az antennát az akkumulátortól, a hangszórómágnestől, az LCD flexiótól és minden földelt fémtől. A fémkonzolhoz helyezett 2,4 GHz-es antenna nagyobb hatótávolságot veszít, mint amennyit bármely illesztőprogram-beállítás képes helyreállítani.

• Ha a ház fémből készült, helyezze ki az antennát rajta kívül, és használjon IPEX-SMA köteget – majd vegye figyelembe a kábel és a csatlakozó elvesztését a kapcsolati költségvetés kiszámításakor.

• Érvényesítse a tényleges házzal, ne a padon lévő modullal. A végső műanyagok, akkumulátorok és kábelek elvezetésével végzett sugárteszt az egyetlen mérés, amely számít.

A vezetett adási teljesítmény sebességenként van kalibrálva, így az effektív sugárzott teljesítmény ugyanúgy függ az antennától, mint a modultól. Várható 17 dBm a 802.11b és 802.11g 6 Mbps esetén, és 14–15 dBm a nagy áteresztőképességű MCS7 sebességeknél, ahol az EVM korlátozza a használható kimenetet:

Adja át a teljesítményt az antennalapon, a hivatalos specifikáció szerint. Referenciaérzékenység: -92 dBm (11b 1 Mbps) és -66 dBm (HT40 MCS7) a BL-R8723BT1 -en ; -93 dBm és -66 dBm a BL-M8723CS1-en.

Tartsa az adagolást rövidre, és távol a fém-, akkumulátor- és pajzsdobozoktól; adjunk hozzá pigtail veszteséget a kapcsolat költségvetéséhez, ha az antenna fémházon kívül van.

5. Tervezze az együttélést az alkalmazásba, ne a reménybe

A 2,4 GHz-es kombinált modulban egy rádió van megosztva a WLAN és a Bluetooth között. Az illesztőprogram a kettő közé osztja a rádiót, ami jól működik, de nem ingyenes: egyidejű terhelés esetén csökken az összesített WLAN átviteli sebesség és nő a Bluetooth késleltetése. Ez normális és elvárt viselkedés ennél az architektúránál, nem hiba.

Mit tegyünk ellene: korán határozza meg a forgalmi profilt, és tesztelje azt. Egy 1080p-s streaming IPC-nél, miközben a telefon BLE-n keresztül gondoskodik, mérje meg a képkockaveszteséget mindkét futás közben, ne egyenként. POS terminál esetén teszteljen egy fizetési tranzakciót, miközben a BLE szkenner csatlakoztatva van. Ha a hang a termék részét képezi, tartsa tisztában egymással az audiokapcsolatot és a WLAN csatornatervet – az 1., 6. és 11. csatorna 20 MHz szélességgel több helyet hagy, mint a HT40.

Két architektúra-választás csökkenti a problémát a firmware előtt: használja a BLE-t a Classic helyett, ahol a használati eset lehetővé teszi (rövidebb, ütemezett kapcsolódási események), és kerülje el a Wi-Fi és Bluetooth antennák egy helyen történő elhelyezését, ha a mechanikai kialakítás választási lehetőséget ad.

6. Szerezze meg a vezérlő- és hevedercsapokat közvetlenül az elrendezés lefagyása előtt

Ez az a hely, ahol az SDIO-alapú terveket leggyakrabban újrapörgetik. A BL-M8723CS1-en több érintkező kettős funkciót lát el, az egyik pedig egy bekapcsolópántot:

• A CHIP_EN (35-ös érintkező) egy aktív-alacsony alaphelyzetbe állítás, 100 kΩ-os belső felhúzással VDD33-ra. Hagyja elérhetővé, vagy vezérelje egy gazdagép GPIO-ról meghatározott bekapcsolási késleltetéssel; ne hagyja, hogy kapcsolósín közelében lebegjen.

• A WL_DIS# (12-es érintkező) lehúzza a WLAN funkciót, és letiltja az SDIO interfészt, ha az alacsony szintre van állítva – ez hasznos kemény rádió kikapcsolt állapot esetén. A BT_DIS# (34-es érintkező) ugyanezt teszi a Bluetooth esetében. Figyelje meg az adatlap jelzőinek interakcióját: leírja a teljes lapka alaphelyzetbe állítását is, amikor mindkét érintkező ki van kapcsolva, tehát hajtsa ki ezeket a lábakat a gazdagépről, ahelyett, hogy véglegesen lekötné őket.

• A GPIO1 (25-ös érintkező) egy hevedercsap, belülről 100 kΩ-mal alacsonyra húzva, és bekapcsoláskor nem szabad magasra húzni. Ha a gazdagép hajtja ezt a hálózatot, tartsa magas Z-ben, amíg a modul be nem indul – egy szintváltó vagy egy külső felhúzás időszakos rendszerindítási hibát okoz, amelyet nagyon nehéz nyomon követni.

• Az LPO (24-es érintkező) külső 32 kHz-es vagy RTC órajelet vehet igénybe a pontos, alacsony fogyasztású időzítés érdekében; meg van osztva a GPIO6-tal és a nagy sebességű UART RTS kimenettel, ezért döntse el mielőbb, hogy melyik funkcióra van szüksége.

• A 41-es láb belsőleg csatlakozik más földelő érintkezőkhöz, így csatlakoztatatlanul hagyható, vagy az alkalmazási áramkörben az UART_CTS-hez használható anélkül, hogy ez befolyásolná a normál működést – praktikus, ha egy 44 tűs lábnyomnak illeszkednie kell egy meglévő pad-tömbhöz.

Az USB-modul egyszerűbb: 32,768 kHz-es alacsony fogyasztású órabemenet a 4-es érintkezőn, valamint a távoli ébresztéshez használt DEVICE_WAKE_HOST és HOST_WAKE_DEVICE pár. Ha a termék a gazdagép által kezdeményezett felfüggesztésre támaszkodik, csatlakoztassa mindkettőt, és ellenőrizze az illesztőprogram által elvárt polaritást.

Először Rails, majd engedje el a CHIP_EN-t, majd hagyja, hogy a gazdagép felsoroljon. Tartsa a GPIO1 high-Z-t bekapcsolt állapotban.

7. A működési tartományt a burkolathoz igazítsa, ne a helyiséghez

A BL-M8723CS1 -20 °C és +70 °C közötti besorolású; A BL-R8723BT1 besorolása -10 °C és +70 °C között van. Mindkettő 10–95%-os, nem kondenzáló relatív páratartalomra van előírva. A 10 °C-os eltérés az az egyetlen specifikáció, amely leggyakrabban kizárja az egyébként helyes választást: a szélvédőre szerelt műszerfal a hideg éghajlatú piacon -10 °C alatti hőmérsékletet lát, az USB-változat pedig a névleges tartományon kívül esik – robotporszívó vagy beltéri POS terminál soha nem lesz az.

A felső határ egyenlő tiszteletet érdemel. A zárt IP-kameraház közvetlen napsütésben, vagy a TV alá helyezett set-top box jóval 40 °C fölé képes tolni a helyi környezetet. Mérje meg a levegő hőmérsékletét a modulon, ne a szobahőmérsékletet, és csökkentse a termikus tervezést a 70 °C-os mennyezethez képest margóval, ahelyett, hogy ehhez tervezne.

8. Zárja le a gyártási, tárolási és tanúsítási kört

Három olyan elem, amely későn jelenik meg a specifikációban, és késői meglepetéseket okoz:

Reflow. Mindkét modul maximum 250 °C-os csúcsot ad meg, és nem több, mint két visszafolyási lépést. A harmadik lépés – amely gyakori a kártya átdolgozásakor vagy egy második összeszerelési lépés hozzáadásakor – kívül esik a specifikáción, és a hibamód hónapokkal később marginális RF vagy BLE kapcsolatként jelenik meg, nem a teszt során.

Tárolás és kezelés. A BL-R8723BT1 meghatároz egy -45 °C és +85 °C közötti tárolási tartományt, egy 12 hónapos időtartamot a vákuumcsomagolástól és egy 72 órás időtartamot a tasak kinyitása után. Ha a páratartalom-jelző színe megváltozott, forrasztás előtt egyszer süsse 60 °C-on 24 órán keresztül. Mindkét modul ESD-érzékeny eszköz, és szabványos kezelési óvintézkedéseket igényel a vonalon.

Tanúsítvány. Az RF és az EMC hatóköre a szállított piactól és a gazdagép házától függ – a modultanúsítvány nem vonatkozik automatikusan a késztermékre. Lépjen kapcsolatba velünk, hogy megszerezze az aktuális tesztjelentéseket az adott modellre és piacra, és a jelentést a gyártás során használt pontos firmware- és antennakonfigurációhoz igazítsa. A belföldi és az export követelmények eltérőek lehetnek.

Egymás melletti kiválasztási táblázat

Összefoglaló hivatalos specifikációs dokumentumainkból, kérésre elérhető.

A vezető és a platform lefedettsége

Mindkét modul Realtek szilíciumra épül, gyártói illesztőprogram-támogatással Linuxra és Androidra, amit a legtöbb IPC, POS és készülék is szállít. Az USB-változat emellett Windows-támogatást is tartalmaz, amely perifériás és dongle stílusú termékekhez hasznos. A kernelverzió véglegesítése előtt erősítse meg a pontos illesztőprogram-csomagot FAE csapatunkkal – általában az illesztőprogram készenléte, nem pedig az RF teljesítmény határozza meg az ütemezést.

Milyen támogatásra számíthat a tervezési győzelem előtt és után

• Szabványos modulok mintamennyiségben, valamint kérésre hivatalos specifikációs dokumentumok, tűdefiníciók és referenciavázlatok.

• Az SDIO- vagy USB-útválasztás, az antenna-távolság és a teljesítményfa elrendezésének áttekintése az alaplap kiadása előtt.

• Egyedi modulfejlesztés bármelyik chipen: pin-out módosítás, alapterület átméretezése, antenna opciók (fedélzeti kerámia, IPEX csatlakozó, félpad) és firmware paraméterek hangolása.

• Dokumentációs támogatás a tervezett tanúsítási útvonalhoz.

Ha a projektje még az építészeti szakaszban van, a mi Az RTL8723BU-CG és az RTL8723CS-CG platform áttekintése lefedi a chipszintű különbségeket, a tömeggyártású alkalmazási eseteket és az egyedi fejlesztési hatókört; a A 2,4 GHz-es Wi-Fi modul portfólió felsorolja az osztály többi tűvel kompatibilis opcióját.

GYIK

Következő lépés

Küldje el nekünk a vázlatos oldalt és a mechanikai korlátokat – az antenna elhelyezkedését, a ház anyagát, a gazdagép interfészét és a cél működési tartományát –, és alkalmazáscsapatunk visszaküldi az alkalmassági értékelést bármelyik modulra vonatkozóan, beleértve az elrendezéshez szükséges tűszint-módosításokat is. Kérjen mintákat, adatlapot és elrendezés áttekintést.

A cikkben szereplő összes teljesítményadat tipikus referenciaérték. A teljes specifikációs dokumentumok, tesztjelentések és tervezési források kérésre rendelkezésre állnak.