Projekt modułu Combo Wi-Fi + Bluetooth: 8 decyzji przed produkcją seryjną

Większość modułów combo Wi-Fi i Bluetooth nie zawodzi w laboratorium RF. Nie udaje im się integracja: współdzielona magistrala, która głodzi punkt końcowy Bluetooth, podkładka anteny schowana pod metalowym wspornikiem, szpilka paska trzymana wysoko podczas włączania lub profil przepływu przebiega o jedno przejście za dużo. W tym przewodniku omówiono osiem decyzji decydujących o tym, czy moduł combo 2,4 GHz osiągnie produkcję seryjną zgodnie z harmonogramem. Zmierzone dane pochodzą z dwóch dostępnych w sprzedaży modułów Realtek RTL8723 : opartego na USB BL-R8723BT1 ( RTL8723BU-CG ) i SDIO + UART BL-M8723CS1 ( RTL8723CS-CG ).

1. Zacznij od interfejsu hosta, a nie od nagłówka arkusza danych

Obydwa moduły oferują standard IEEE 802.11b/g/n 1T1R z szybkością PHY do 150 Mb/s i oba obsługują to samo pasmo 2,4–2,4835 GHz z 13 kanałami przy 20 MHz. Tym, co faktycznie się różni — i co decyduje o schemacie — jest sposób, w jaki moduł komunikuje się z hostem.

Wersja USB łączy WLAN i Bluetooth w jednym współdzielonym połączeniu USB 2.0. Oznacza to jeden port hosta, jeden zestaw par różnicowych i brak drugiego kontrolera do włączenia. Kompromis polega na tym, że obie funkcje działają na tym samym porcie i dzielą budżet na przerwania i przepustowość. W kamerze samochodowej układ jednego kabla zwykle stanowi różnicę między płytą dwuwarstwową a płytą czterowarstwową.

Wersja SDIO rozdziela obie funkcje: WLAN działa na SDIO 2.0 (te same piny można skonfigurować jako GSPI), natomiast Bluetooth działa na niezależnym, szybkim UART ze sprzętową kontrolą przepływu. Nic nie jest współdzielone, więc przepustowość Wi-Fi nie konkuruje z ruchem Bluetooth na poziomie magistrali — ale potrzebujesz wolnych zasobów SDIO i UART w SoC hosta oraz około 30 dodatkowych pinów w module (44 w porównaniu z 14).

Praktyczna zasada: jeśli Twój SoC ma zapasowy port hosta USB i nie ma wolnego kontrolera SDIO, weź moduł USB; jeśli SDIO i UART są już uszkodzone, weź moduł SDIO i zachowaj niezależność obu ścieżek.

USB: dwie funkcje korzystają z jednej magistrali. SDIO + UART: każda funkcja otrzymuje własną magistralę.

2. Wybierz profil Bluetooth faktycznie dostarczany przez Twój produkt

Bluetooth to miejsce, w którym oba moduły różnią się najbardziej i gdzie specyfikacje są najczęściej błędnie odczytywane.

BL-R8723BT1 działa w dwóch trybach : Bluetooth Classic v2.1 + EDR wraz z Low Energy v4.0, Classic działający w klasie 1 i LE w klasie 1.5. Zmierzona moc nadawania wynosi typowo 6 dBm (maksymalnie 8 dBm) zarówno dla BR/EDR, jak i LE, a czułość odbioru BR/EDR wynosi -90 dBm przy 0,1% BER. Jeśli Twój produkt przesyła strumieniowo dźwięk do głośnika, łączy się w parę ze starszym akcesorium telefonicznym lub wymaga kanału danych w stylu SPP, jest to wariant, którego należy użyć.

BL-M8723CS1 obsługuje wyłącznie BLE, specyfikacja podstawowa v4.1, klasa 1.5, z typową mocą nadawania 3 dBm i maksymalną mocą nadawania 6 dBm oraz typową czułością odbioru LE -90 dBm przy 5% PER. Nie ma klasycznego stosu ani ścieżki audio. Nie jest to ograniczenie, które można obejść — jest to decyzja dotycząca kosztów i mocy. Do udostępniania, wyzwalaczy OTA, telemetrii czujników lub łącza statusu do aplikacji na telefon wystarczy BLE 4.1 i unikasz płacenia za klasyczny stos, którego nigdy nie użyjesz.

Nie określaj zestawu funkcji Bluetooth na podstawie samego przeglądu marketingowego. Ciągi wersji są kopiowane między dokumentami; skontaktuj się z naszym zespołem, aby uzyskać oficjalny dokument specyfikacji i dane z testów RF do walidacji.

3. Budżetuj drzewo mocy w oparciu o prąd szczytowy, a nie średni

Obydwa moduły zasilane są z głównej szyny 3,3 V ±0,2 V. BL-R8723BT1 pobiera maksymalnie 400 mA z tej pojedynczej szyny; BL-M8723CS1 pobiera do 450 mA na szynę główną i dodaje oddzielną szynę we/wy (VDIO), która może mieć napięcie 3,3 V ±0,2 V lub 1,8 V ±0,1 V. Oddzielna szyna we/wy jest naprawdę użyteczna: można utrzymać zasilanie RF 3,3 V podczas dopasowywania poziomu bezpośrednio do SoC 1,8 V, bez zewnętrznych tłumaczy na sześciu liniach SDIO i UART.

Zaplanuj szczyty transmisji, a nie średnie specyfikacje:

Źródło: tabele poboru prądu z oficjalnych dokumentów specyfikacji modułów, dostępne na żądanie. Wartości są typowe/maksymalne w podanych warunkach testowych; Dane z testów RF, a nie średnie na poziomie aplikacji.

Dwie obserwacje, wokół których warto się zastanowić. Po pierwsze, moduł SDIO pobiera zauważalnie więcej transmisji w standardzie 802.11b niż moduł USB (328 mA w porównaniu z 255 mA w szczycie), ponieważ pracuje z głośnością 17 dBm przy wszystkich szybkościach 11b, podczas gdy moduł USB jest skalibrowany na 15–17 dBm w zależności od szybkości. Po drugie, moduł USB pobiera prąd o natężeniu 130–135 mA, czyli mniej więcej dwukrotnie więcej niż moduł SDIO, ponieważ transceiver USB pozostaje aktywny podczas nasłuchiwania radia. W przypadku urządzenia przenośnego zasilanego bateryjnie różnica ta nie jest akademicka.

Wskazówki dotyczące układu: umieść kondensator zbiorczy 47–100 µF i parę 10 µF plus 0,1 µF w odległości kilku milimetrów od VDD33, utrzymuj zasilanie 3,3 V na własnej ścieżce lub płaszczyźnie i nigdy nie dziel gałęzi z silnikami, przekaźnikami lub sterownikiem podświetlenia. Krok 328 mA na wspólnej szynie będzie sygnalizowany jako problem z gęstością sygnału RF, który wygląda na usterkę układu.

4. Traktuj antenę jako element o najwyższym ryzyku na płytce

Żaden moduł nie zawiera anteny. Obydwa podłączane są do anteny zewnętrznej poprzez podkładkę z półotworem (z koronką), z określonym współczynnikiem VSWR wynoszącym typowo 1,7 i maksymalnie 2,0 dla BL-R8723BT1, maksymalnie 2,1 dla BL-M8723CS1. VSWR wynoszący 2,0 już odzwierciedla około 11% dostarczanej mocy; źle dostrojona antena zamienia 17 dBm mocy przewodzonej w zauważalnie mniej wypromieniowanej mocy i skraca zasięg.

Praktyczna lista kontrolna:

• Poprowadź zasilanie anteny jako kontrolowaną linię 50 Ω, tak krótką, jak pozwala na to konstrukcja mechaniczna, bez odgałęzień i przelotek w ścieżce RF oraz ze zszyciami uziemiającymi po obu stronach.

• Trzymaj antenę z dala od akumulatora, magnesu głośnika, przewodu elastycznego wyświetlacza LCD i wszelkich uziemionych metali. Antena 2,4 GHz umieszczona na metalowym wsporniku traci więcej zasięgu, niż jest w stanie odzyskać jakiekolwiek ustawienie sterownika.

• Jeśli obudowa jest metalowa, wysuń antenę na zewnątrz i użyj pigtaila IPEX-na-SMA, a następnie uwzględnij straty w kablu i złączu podczas obliczania budżetu łącza.

• Sprawdź poprawność na rzeczywistej obudowie, a nie na module na stole warsztatowym. Jedynym pomiarem, który ma znaczenie, są testy promieniowania z końcowymi tworzywami sztucznymi, akumulatorem i prowadzeniem kabli.

Przewodzona moc nadawcza jest kalibrowana według szybkości, więc efektywna wydajność promieniowania zależy w równym stopniu od anteny, jak i od modułu. Oczekuj 17 dBm w 802.11b i 802.11g 6 Mb/s oraz 14–15 dBm w przypadku wysokoprzepustowych szybkości MCS7, gdzie EVM ogranicza użyteczną moc wyjściową:

Moc nadawcza na podkładce antenowej, zgodnie z oficjalną specyfikacją. Czułość referencyjna: -92 dBm (11b 1 Mbps) i -66 dBm (HT40 MCS7) na BL-R8723BT1 ; -93 dBm i -66 dBm w modelu BL-M8723CS1.

Podawanie powinno być krótkie i wolne od metalu, puszek po bateriach i osłonach; dodaj utratę pigtaili do budżetu łącza, gdy antena znajduje się poza metalową obudową.

5. Projektuj współistnienie w zastosowaniu, a nie w nadziei

Moduł combo 2,4 GHz ma jedno radio współdzielone między sieciami WLAN i Bluetooth. Sterownik dzieli radio w czasie, co działa dobrze, ale nie jest wolne: przy jednoczesnym obciążeniu łączna przepustowość WLAN spada, a opóźnienie Bluetooth wzrasta. Jest to normalne i oczekiwane zachowanie tej architektury, a nie wada.

Co z tym zrobić: zdefiniuj wcześniej profil ruchu i przetestuj go. W przypadku transmisji strumieniowej IPC w rozdzielczości 1080p, gdy telefon obsługuje BLE, zmierz utratę klatek przy uruchomionych obu urządzeniach, a nie pojedynczo. W przypadku terminala POS przetestuj transakcję płatniczą, gdy podłączony jest skaner BLE. Jeśli dźwięk jest częścią produktu, pamiętaj, aby łącze audio i plan kanałów WLAN były ze sobą powiązane — kanały 1, 6 i 11 o szerokości 20 MHz pozostawiają więcej miejsca niż HT40.

Dwie opcje architektury redukują problem przed włączeniem oprogramowania sprzętowego: użyj BLE zamiast klasycznego, jeśli pozwala na to przypadek użycia (krótsze, zaplanowane połączenia) i unikaj umieszczania anten Wi-Fi i Bluetooth w tym samym miejscu, jeśli konstrukcja mechaniczna daje ci wybór.

6. Zdobądź szpilki sterujące i paska tuż przed zamrożeniem układu

To tutaj najczęściej powstają projekty oparte na SDIO. W modelu BL-M8723CS1 kilka styków pełni podwójną funkcję, a jeden zawiera pasek włączający:

• CHIP_EN (pin 35) to aktywny, niski reset z wewnętrznym podciągnięciem 100 kΩ do VDD33. Pozostaw go dostępnym lub steruj z GPIO hosta z określonym opóźnieniem włączenia zasilania; nie pozwól, aby unosił się w pobliżu szyny rozdzielczej.

• WL_DIS# (pin 12) wyłącza funkcję WLAN i wyłącza interfejs SDIO, gdy jest niski — przydatne w przypadku twardego wyłączenia radia. BT_DIS# (pin 34) robi to samo dla Bluetooth. Zwróć uwagę na interakcję flagi arkusza danych: opisuje ona również stan resetowania całego chipa, gdy oba piny są odłączone, więc wyprowadź te piny z hosta zamiast wiązać je na stałe.

• GPIO1 (pin 25) to pin paska, wewnętrznie obciążony do niskiego poziomu o 100 kΩ i nie wolno go podnosić podczas włączania zasilania. Jeśli Twój host steruje tą siecią, ustaw wysokie Z do czasu uruchomienia modułu — przesunięcie poziomu lub zewnętrzne podciągnięcie w tym miejscu spowoduje sporadyczny błąd rozruchu, który jest bardzo trudny do wyśledzenia.

• LPO (pin 24) może przyjmować zewnętrzny zegar 32 kHz lub RTC w celu dokładnego taktowania przy niskim poborze mocy; jest współdzielony z GPIO6 i szybkim wyjściem UART RTS, więc zdecyduj wcześniej, jakiej funkcji potrzebujesz.

• Pin 41 jest wewnętrznie połączony z innymi pinami uziemiającymi, więc można go pozostawić niepodłączonym lub wykorzystać do UART_CTS w obwodzie aplikacji bez wpływu na normalne działanie – przydatne, gdy 44-pinowy obszar musi pasować do istniejącego układu padów.

Moduł USB jest prostszy: wejście zegara o niskiej mocy 32,768 kHz na pinie 4 oraz para DEVICE_WAKE_HOST i HOST_WAKE_DEVICE używana do zdalnego wybudzania. Jeśli Twój produkt opiera się na wybudzaniu ze stanu wstrzymania inicjowanym przez hosta, podłącz oba urządzenia i potwierdź polaryzację oczekiwaną przez sterownik.

Najpierw Railsy, ​​następnie zwolnij CHIP_EN, a następnie pozwól hostowi wyliczyć. Utrzymuj GPIO1 w stanie wysokim-Z po włączeniu zasilania.

7. Dopasuj zakres pracy do obudowy, a nie do pomieszczenia

BL-M8723CS1 ma parametry znamionowe od -20°C do +70°C; BL-R8723BT1 ma parametry znamionowe od -10°C do +70°C. Obydwa są określone dla wilgotności względnej 10–95% bez kondensacji. Różnica 10°C to cecha, która najczęściej dyskwalifikuje skądinąd trafny wybór: kamera samochodowa zamontowana na przedniej szybie w zimnym klimacie będzie rejestrować temperatury poniżej -10°C, a wariant USB wykracza poza swój znamionowy zakres – robot odkurzający ani kryty terminal POS nigdy nie będą.

Górna granica zasługuje na równy szacunek. Uszczelniona obudowa kamery IP wystawiona na bezpośrednie działanie promieni słonecznych lub dekoder ustawiony pod telewizorem może spowodować wzrost temperatury otoczenia znacznie powyżej 40°C. Zmierz temperaturę powietrza na module, a nie temperaturę w pomieszczeniu, i obniż swoją konstrukcję termiczną w stosunku do sufitu o temperaturze 70°C z marginesem, zamiast projektować zgodnie z nim.

8. Zablokuj zakres produkcji, przechowywania i certyfikacji

Trzy elementy, które pojawiają się na końcu specyfikacji i powodują późniejsze niespodzianki:

Przepływ. Obydwa moduły określają wartość szczytową wynoszącą maksymalnie 250°C i nie więcej niż dwa przejścia rozpływowe. Trzeci przebieg — powszechny w przypadku przeróbki płytki lub dodania drugiego etapu montażu — wykracza poza specyfikację, a tryb awarii pojawia się jako marginalne łącze RF lub BLE kilka miesięcy później, a nie podczas testu.

Przechowywanie i obsługa. BL-R8723BT1 określa zakres przechowywania od -45°C do +85°C, 12-miesięczny okres od pakowania próżniowego i 72-godzinny okres po otwarciu worka. Jeżeli wskaźnik wilgotności zmienił kolor, przed lutowaniem należy piec jednorazowo w temperaturze 60°C przez 24 godziny. Obydwa moduły są urządzeniami wrażliwymi na wyładowania elektrostatyczne i wymagają standardowych środków ostrożności podczas obsługi na linii.

Orzecznictwo. Zakres RF i EMC zależy od rynku, na który wysyłasz produkty, oraz od obudowy hosta — certyfikat modułu nie obejmuje automatycznie gotowego produktu. Skontaktuj się z nami, aby uzyskać aktualne raporty z testów dla konkretnego modelu i rynku oraz dopasować raport do dokładnego oprogramowania sprzętowego i konfiguracji anteny stosowanej w produkcji. Wymagania krajowe i eksportowe mogą się różnić.

Tabela wyboru obok siebie

Podsumowanie na podstawie naszych oficjalnych dokumentów specyfikacji, dostępne na żądanie.

Zasięg sterowników i platformy

Obydwa moduły są zbudowane na bazie krzemu Realtek i obsługują sterowniki dostawców dla systemów Linux i Android, co faktycznie jest dostarczane w przypadku większości projektów IPC, POS i urządzeń. Wariant USB dodatkowo obsługuje system Windows, przydatny w przypadku produktów peryferyjnych i produktów typu dongle. Zanim zatwierdzisz wersję jądra, potwierdź dokładny pakiet sterowników z naszym zespołem FAE — zwykle to gotowość sterownika, a nie wydajność RF, jest tym, co przesuwa harmonogram.

Jakiego wsparcia możesz się spodziewać przed i po zwycięstwie projektowym

• Standardowe moduły w przykładowych ilościach oraz oficjalne dokumenty specyfikacji, definicje pinów i schematy referencyjne na żądanie.

• Przegląd układu routingu SDIO lub USB, zabezpieczenia anteny i drzewa zasilania przed wypuszczeniem płyty.

• Niestandardowy rozwój modułów na każdym chipie: modyfikacja wyprowadzeń, zmiana rozmiaru, opcje anteny (wbudowana ceramika, złącze IPEX, pół-pad) i dostrajanie parametrów oprogramowania sprzętowego.

• Wsparcie dokumentacyjne dla planowanej ścieżki certyfikacji.

Jeśli Twój projekt jest jeszcze na etapie architektury, nasz Przegląd platform RTL8723BU-CG i RTL8723CS-CG obejmuje różnice na poziomie chipów, przypadki zastosowań w produkcji masowej i niestandardowy zakres rozwoju; the Oferta modułów Wi-Fi 2,4 GHz obejmuje inne opcje kompatybilne z pinami w tej klasie.

Często zadawane pytania

Następny krok

Prześlij nam swoją stronę schematu i ograniczenia mechaniczne — lokalizację anteny, materiał obudowy, interfejs hosta i docelowy zakres działania — a nasz zespół ds. aplikacji prześle ocenę dopasowania dla każdego modułu, w tym zmiany na poziomie pinów potrzebne w Twoim układzie. Poproś o próbki, arkusz danych i przegląd układu.

Wszystkie dane dotyczące wydajności w tym artykule są typowymi wartościami w celach informacyjnych. Pełna dokumentacja specyfikacji, raporty z testów i zasoby projektowe są dostępne na żądanie.