Proiectarea modulului combinat Wi-Fi + Bluetooth: 8 decizii înainte de producția în volum

Majoritatea modulelor combinate Wi-Fi și Bluetooth nu eșuează în laboratorul RF. Ei eșuează la integrare: o magistrală partajată care înfometează punctul final Bluetooth, un suport de antenă ascuns sub un suport metalic, un știft al curelei ținut sus în timpul pornirii sau un profil de reflow rulează o trecere de prea multe. Acest ghid prezintă cele opt decizii care determină dacă un modul combo de 2,4 GHz atinge producția de volum în timp util. Datele măsurate provin de la două module de expediere Realtek RTL8723 : BL -R8723BT1 ( RTL8723BU-CG ) și SDIO + UART BL-M8723CS1 ( RTL8723CS-CG ).

1. Începeți cu interfața gazdă, nu cu titlul foii de date

Ambele module oferă IEEE 802.11b/g/n 1T1R cu o rată PHY de până la 150 Mbps și ambele acoperă aceeași bandă de 2,4–2,4835 GHz cu 13 canale la 20 MHz. Ceea ce diferă de fapt - și ceea ce decide schema ta - este modul în care modulul vorbește cu gazda.

Versiunea USB pune WLAN și Bluetooth pe o singură conexiune USB 2.0 partajată. Asta înseamnă un port gazdă, un set de perechi diferențiale și niciun al doilea controler de activat. Compensația este că ambele funcții trăiesc pe același port și își împart bugetul de întrerupere și lățime de bandă. Într-o cameră de bord, acel aranjament cu un singur cablu este de obicei diferența dintre o placă cu două straturi și o placă cu patru straturi.

Versiunea SDIO separă cele două funcții: WLAN rulează pe SDIO 2.0 (aceași pini pot fi configurați ca GSPI), în timp ce Bluetooth rulează pe un UART independent de mare viteză cu control hardware al fluxului. Nimic nu este partajat, așa că debitul Wi-Fi nu concurează cu traficul Bluetooth la nivel de autobuz - dar aveți nevoie de resurse SDIO și UART de rezervă pe SoC gazdă, plus aproximativ 30 de pini pe amprenta modulului (44 față de 14).

O regulă practică: dacă SoC-ul tău are un port USB gazdă de rezervă și nici un controler SDIO gratuit, ia modulul USB; dacă SDIO și un UART sunt deja defectate, luați modulul SDIO și păstrați cele două căi independente.

USB: două funcții au o singură magistrală. SDIO + UART: fiecare funcție are propria magistrală.

2. Alegeți profilul Bluetooth pe care produsul dvs. îl livrează

Bluetooth este locul în care cele două module diferă cel mai mult și unde specificațiile sunt cel mai adesea interpretate greșit.

BL-R8723BT1 este dual-mode : Bluetooth Classic v2.1 + EDR împreună cu Low Energy v4.0, cu Classic care funcționează în clasa 1 și LE în clasa 1.5. Puterea de transmisie măsurată este de 6 dBm tipică (8 dBm maxim) pentru BR/EDR și LE deopotrivă, iar sensibilitatea de recepție BR/EDR este de -90 dBm la 0,1% BER. Dacă produsul dvs. transmite în flux audio la un difuzor, se asociază cu un accesoriu de telefon vechi sau are nevoie de un canal de date în stil SPP, aceasta este varianta de utilizat.

BL-M8723CS1 este doar BLE, Core Specification v4.1, Clasa 1.5, cu o putere de transmisie de 3 dBm tipică și 6 dBm maximă și sensibilitate de recepție LE tipică de -90 dBm la 5% PER. Nu există nicio stivă clasică și nicio cale audio. Aceasta nu este o limitare de a rezolva – este o decizie de cost și putere. Pentru aprovizionare, declanșări OTA, telemetrie cu senzori sau o legătură de stare către o aplicație de telefon, BLE 4.1 este suficient și evitați să plătiți pentru o stivă Classic pe care nu o veți folosi niciodată.

Nu specificați un set de caracteristici Bluetooth doar dintr-o prezentare generală de marketing. Șirurile de versiuni sunt copiate între documente; contactați echipa noastră pentru a obține documentul de specificație oficial și datele de testare RF pentru validare.

3. Bugetați arborele de putere în jurul curentului de vârf, nu al curentului mediu

Ambele module rulează de pe o șină principală de 3,3 V ± 0,2 V. BL-R8723BT1 atrage maximum 400 mA din acea șină unică; BL-M8723CS1 consumă până la 450 mA pe șina principală și adaugă o șină I/O separată (VDIO) care poate fi fie de 3,3 V ± 0,2 V, fie de 1,8 V ± 0,1 V. Șina de I/O separată este cu adevărat utilă: puteți păstra o sursă RF externă de 3,3 V în timp ce un nivel 6-18 potriviți direct la VC. Liniile SDIO și UART.

Planificați vârfurile de transmisie, nu mediile specificate:

Sursa: tabele de consum curent din caietul de sarcini oficial al modulului, disponibile la cerere. Valorile sunt tipice / maxime în condițiile de testare menționate; Cifrele testului RF, nu mediile la nivel de aplicație.

Două observații care merită să fie concepute. În primul rând, modulul SDIO atrage mult mai mult în transmisia 802.11b decât modulul USB (328 mA față de 255 mA de vârf), deoarece rulează la 17 dBm la toate ratele de 11b, în ​​timp ce modulul USB este calibrat la 15-17 dBm, în funcție de rată. În al doilea rând, modulul USB se află la 130-135 mA la recepție, aproximativ dublu față de modulul SDIO, deoarece transceiver-ul USB rămâne activ în timp ce radioul ascultă. Pe un handheld alimentat cu baterie, această diferență nu este academică.

Ghid de aranjare: plasați un condensator în vrac de 47–100 µF și o pereche de 10 µF plus 0,1 µF la câțiva milimetri de VDD33, păstrați alimentarea de 3,3 V pe propria urmă sau plan și nu împărtășiți niciodată ramura cu motoarele, releele sau driverul de iluminare de fundal. Un pas de 328 mA pe o șină comună va apărea ca o problemă de desensibilizare RF care arată ca o eroare de aspect.

4. Tratați placa de antenă ca fiind elementul cu cel mai mare risc de pe placă

Niciunul dintre module nu include o antenă. Ambele se conectează la o antenă externă printr-un pad cu jumătate de gaură (castelate), cu un VSWR specificat de 1,7 tipic și 2,0 maxim pentru BL-R8723BT1, 2,1 maxim pentru BL-M8723CS1. Un VSWR de 2.0 reflectă deja aproximativ 11% din puterea furnizată; o antenă reglată slab transformă 17 dBm de putere condusă într-o putere vizibil mai puțin radiată și scurtează raza de acțiune.

Lista de verificare practică:

• Direcționați alimentarea antenei ca o linie controlată de 50 Ω, atât de scurtă cât permite designul mecanic, fără ștuțuri, fără interfețe în calea RF și cusături la sol de-a lungul ambelor părți.

• Țineți antena departe de baterie, magnetul difuzorului, LCD flex și orice metal împământat. O antenă de 2,4 GHz plasată pe un suport metalic pierde mai multă rază decât poate recupera orice setare a driverului.

• Dacă carcasa este metalică, mutați antena în afara acesteia și utilizați un pigtail IPEX-la-SMA - apoi luați în considerare pierderea cablului și a conectorului atunci când calculați bugetul conexiunii.

• Validați cu carcasa reală, nu cu modulul pe o bancă. Testarea radiată cu materialele plastice finale, traseul bateriei și cablurilor este singura măsurătoare care contează.

Puterea de transmisie condusă este calibrată în funcție de rată, astfel încât performanța radiată efectivă depinde atât de antenă cât și de modul. Așteptați-vă la 17 dBm pe 802.11b și 802.11g 6 Mbps și la 14–15 dBm la ratele MCS7 cu debit mare, unde EVM limitează ieșirea utilizabilă:

Transmite putere la placa de antenă, din specificația oficială. Sensibilitate pentru referință: -92 dBm (11b 1 Mbps) și -66 dBm (HT40 MCS7) pe BL-R8723BT1 ; -93 dBm și -66 dBm pe BL-M8723CS1.

Păstrați alimentarea scurtă și liberă de metal, baterie și cutii de protecție; adăugați pierderi de coadă la bugetul de legătură atunci când antena se află în afara unei carcase metalice.

5. Proiectați coexistența în aplicație, nu în speranță

Un modul combo de 2,4 GHz are un radio partajat între WLAN și Bluetooth. Șoferul segmentează radioul între cele două, care funcționează bine, dar nu este gratuit: la încărcare concomitentă, debitul WLAN agregat scade și latența Bluetooth crește. Acesta este un comportament normal și așteptat pentru această arhitectură, nu un defect.

Ce trebuie să faceți: definiți din timp profilul de trafic și testați-l. Pentru o redare IPC de 1080p în timp ce un telefon asigură prin BLE, măsurați pierderea de cadre cu ambele rulări, nu pe rând. Pentru un terminal POS, testați o tranzacție de plată în timp ce un scaner BLE este conectat. Dacă sunetul face parte din produs, păstrați legătura audio și planul de canale WLAN la cunoștință reciproc – canalele 1, 6 și 11 cu o lățime de 20 MHz lasă mai mult spațiu decât HT40.

Două opțiuni de arhitectură reduc problema înainte ca firmware-ul să fie implicat: utilizați BLE mai degrabă decât Classic acolo unde cazul de utilizare permite (evenimente de conexiune mai scurte, programate) și evitați plasarea antenelor Wi-Fi și Bluetooth în același loc dacă designul mecanic vă oferă de ales.

6. Obțineți știfturile de control și curele chiar înainte de a îngheța aspectul

Acesta este locul în care modelele bazate pe SDIO sunt cel mai adesea re-filate. Pe BL-M8723CS1, mai mulți pini au funcții duble, iar unul poartă o curea de pornire:

• CHIP_EN (pin 35) este o resetare activă-low cu un pull-up intern de 100 kΩ la VDD33. Lăsați-l accesibil sau conduceți-l de la o gazdă GPIO cu o întârziere definită la pornire; nu-l lăsați să plutească lângă o șină de comutare.

• WL_DIS# (pin 12) trage în jos funcția WLAN și dezactivează interfața SDIO atunci când este condusă la nivel scăzut - util pentru o stare de oprire a radioului. BT_DIS# (pin 34) face același lucru pentru Bluetooth. Rețineți interacțiunea semnalizată de foaia de date: descrie, de asemenea, o stare de resetare a întregului cip atunci când ambii pini sunt dezactivați, așa că eliminați acești pini de la gazdă în loc să legați unul dintre ei permanent.

• GPIO1 (pinul 25) este un pin curea, tras în interior cu 100 kΩ și nu trebuie tras în sus în timpul pornirii. Dacă gazda dvs. conduce această rețea, mențineți-o cu Z-ul ridicat până când modulul se pornește - o schimbare de nivel sau un pull-up extern aici va produce o eroare de pornire intermitentă care este foarte greu de urmărit.

• LPO (pin 24) poate prelua un ceas extern de 32 kHz sau RTC pentru sincronizare precisă la putere redusă; este partajat cu GPIO6 și cu ieșirea UART RTS de mare viteză, așa că decideți din timp ce funcție aveți nevoie.

• Pinul 41 este conectat intern la alți pini de împământare, astfel încât poate fi lăsat neconectat sau utilizat pentru UART_CTS în circuitul aplicației dvs. fără a afecta funcționarea normală - la îndemână atunci când o amprentă cu 44 de pini trebuie să se potrivească cu o matrice de tampon existentă.

Modulul USB este mai simplu: o intrare de ceas cu putere redusă de 32,768 kHz pe pinul 4, plus perechea DEVICE_WAKE_HOST și HOST_WAKE_DEVICE utilizate pentru trezirea de la distanță. Dacă produsul dvs. se bazează pe trezirea de la suspendare inițiată de gazdă, conectați ambele și confirmați polaritatea așteptată de șofer.

Rails mai întâi, apoi eliberați CHIP_EN, apoi lăsați gazda să enumere. Păstrați GPIO1 înalt Z la pornire.

7. Potriviți intervalul de funcționare cu incinta, nu cu încăperea

BL-M8723CS1 este evaluat de la -20 °C la +70 °C; BL-R8723BT1 este evaluat între -10 °C și +70 °C. Ambele sunt specificate pentru 10–95% RH fără condensare. Diferența de 10 °C este singura specificație care descalifică cel mai adesea o alegere altfel corectă: o cameră de bord montată pe un parbriz într-o piață cu climă rece va vedea temperaturi sub -10 °C, iar varianta USB se află în afara intervalului său nominal acolo - un robot aspirator sau un terminal POS interior nu va fi niciodată.

Limita superioară merită respect egal. O carcasă etanșă a camerei IP aflată direct în soare sau un set-top box stivuit sub un televizor, poate împinge mediul local cu mult peste 40 °C. Măsurați temperatura aerului la modul, nu temperatura camerei și reduceți designul dvs. termic față de plafonul de 70 °C cu marjă, mai degrabă decât să proiectați pe acesta.

8. Blocați domeniul de producție, depozitare și certificare

Trei articole care apar târziu în caietul de sarcini și provoacă surprize tardive:

Reflow. Ambele module specifică un vârf de maxim 250 °C și nu mai mult de două treceri de reflux. O a treia trecere - obișnuită atunci când o placă este reluată sau se adaugă un al doilea pas de asamblare - este în afara specificațiilor, iar modul de defecțiune apare ca o legătură RF sau BLE marginală luni mai târziu, nu la testare.

Depozitare și manipulare. BL-R8723BT1 definește un interval de depozitare de la -45 °C la +85 °C, o fereastră de 12 luni de la ambalarea în vid și o fereastră de 72 de ore după deschiderea pungii. Dacă indicatorul de umiditate și-a schimbat culoarea, coaceți la 60 °C timp de 24 de ore înainte de lipire. Ambele module sunt dispozitive sensibile la ESD și necesită precauții standard de manipulare pe linie.

Certificare. Domeniul de aplicare RF și EMC depinde de piața în care livrați și de carcasa gazdă - un certificat de modul nu acoperă automat un produs finit. Contactați-ne pentru a obține rapoartele actuale de testare pentru modelul și piața specifică și potriviți raportul cu firmware-ul exact și configurația antenei utilizate în producție. Cerințele interne și cele de export pot diferi.

Tabel de selecție alăturat

Rezumat din documentele noastre oficiale de specificații, disponibile la cerere.

Acoperire șofer și platformă

Ambele module sunt construite pe siliciu Realtek cu suport pentru driverele furnizorului pentru Linux și Android, ceea ce este livrat de fapt majoritatea IPC, POS și design-uri de aparate. Varianta USB oferă în plus suport Windows, util pentru produse periferice și în stil dongle. Înainte de a efectua o versiune de kernel, confirmați pachetul exact de drivere cu echipa noastră FAE - pregătirea driverului, nu performanța RF, este de obicei ceea ce mută un program.

La ce sprijin vă puteți aștepta înainte și după câștig de design

• Module standard în cantități de eșantion, plus documente de specificații oficiale, definiții de pin și scheme de referință la cerere.

• O revizuire a aspectului rutării SDIO sau USB, a menținerii antenei și a arborelui de alimentare înainte de a elibera placa.

• Dezvoltare de module personalizate pe oricare dintre cip: modificarea pin-out, redimensionarea amprentei, opțiuni de antenă (ceramică la bord, conector IPEX, semi-pad) și reglarea parametrilor firmware.

• Suport de documentare pentru calea de certificare pe care o planificați.

Dacă proiectul dvs. este încă în stadiul de arhitectură, nostru Prezentarea generală a platformei RTL8723BU-CG și RTL8723CS-CG acoperă diferențele la nivel de cip, cazurile de aplicații de producție în masă și domeniul de dezvoltare personalizat; cel Portofoliul de module Wi-Fi de 2,4 GHz listează celelalte opțiuni compatibile cu pin din această clasă.

FAQ

Următorul pas

Trimiteți-ne pagina dvs. schematică și constrângerile mecanice — locația antenei, materialul carcasei, interfața gazdă și domeniul de operare țintă — și echipa noastră de aplicații va returna o evaluare a potrivirii pentru oricare dintre module, inclusiv modificările la nivel de pin necesare pentru aspectul dvs. Solicitați mostre, fișă de date și o revizuire a aspectului.

Toate datele de performanță din acest articol sunt valori tipice pentru referință. Documentele cu specificațiile complete, rapoartele de testare și resursele de proiectare sunt disponibile la cerere.