Wi-Fi + Bluetooth Combo Module Design-In: 8 rozhodnutí pred hromadnou výrobou

Väčšina kombinovaných modulov Wi-Fi a Bluetooth v laboratóriu RF nezlyhá. Zlyhávajú pri integrácii: zdieľaná zbernica, ktorá vyhladzuje koncový bod Bluetooth, podložka antény zasunutá pod kovovú konzolu, kolík popruhu držaný vysoko počas zapínania alebo profil pretavenia beží o jeden prechod príliš veľa. Táto príručka obsahuje osem rozhodnutí, ktoré určujú, či kombinovaný modul 2,4 GHz dosiahne objemovú výrobu podľa plánu. Namerané údaje pochádzajú z dvoch dodávaných modulov Realtek RTL8723 : USB BL-R8723BT1 ( RTL8723BU-CG ) a SDIO + UART BL-M8723CS1 ( RTL8723CS-CG ).

1. Začnite s hostiteľským rozhraním, nie s nadpisom údajového listu

Oba moduly ponúkajú IEEE 802.11b/g/n 1T1R s rýchlosťou PHY až 150 Mbps a oba pokrývajú rovnaké pásmo 2,4 – 2,4835 GHz s 13 kanálmi pri 20 MHz. Čo sa v skutočnosti líši - a čo rozhoduje o vašej schéme - je to, ako modul hovorí s hostiteľom.

Verzia USB spája WLAN a Bluetooth na jedno zdieľané pripojenie USB 2.0. To znamená jeden hostiteľský port, jednu sadu diferenciálnych párov a žiadny druhý ovládač, ktorý by bolo možné aktivovať. Kompromisom je, že obe funkcie žijú na rovnakom porte a zdieľajú svoj rozpočet na prerušenie a šírku pásma. V prístrojovej vačke je toto jednokáblové usporiadanie zvyčajne rozdielom medzi dvojvrstvovou doskou a štvorvrstvovou doskou.

Verzia SDIO oddeľuje tieto dve funkcie: WLAN beží na SDIO 2.0 (rovnaké piny je možné nakonfigurovať ako GSPI), zatiaľ čo Bluetooth beží na nezávislom vysokorýchlostnom UART s hardvérovým riadením toku. Nič sa nezdieľa, takže priepustnosť Wi-Fi nesúťaží s prevádzkou Bluetooth na úrovni zbernice – potrebujete však náhradné zdroje SDIO a UART na hostiteľskom SoC plus približne 30 ďalších pinov na pôdoryse modulu (44 oproti 14).

Praktické pravidlo: ak má váš SoC náhradný USB hostiteľský port a nemá voľný SDIO radič, vezmite si USB modul; ak sú SDIO a UART už prerušené, vezmite modul SDIO a ponechajte obe cesty nezávislé.

USB: dve funkcie zdieľajú jednu zbernicu. SDIO + UART: každá funkcia má svoju vlastnú zbernicu.

2. Vyberte profil Bluetooth, ktorý váš produkt skutočne dodáva

Bluetooth je miesto, kde sa tieto dva moduly najviac rozchádzajú a kde sú špecifikácie najčastejšie nesprávne čítané.

BL-R8723BT1 je duálny režim : Bluetooth Classic v2.1 + EDR spolu s Low Energy v4.0, pričom Classic funguje v triede 1 a LE v triede 1.5. Nameraný vysielací výkon je typický 6 dBm (maximálne 8 dBm) pre BR/EDR a LE a citlivosť príjmu BR/EDR je -90 dBm pri 0,1% BER. Ak váš produkt prenáša zvuk do reproduktora, spáruje sa so starším telefónnym príslušenstvom alebo potrebuje dátový kanál v štýle SPP, toto je variant, ktorý môžete použiť.

BL-M8723CS1 je len BLE, Core Specification v4.1, Class 1.5, s 3 dBm typickým a 6 dBm maximálnym vysielacím výkonom a -90 dBm typickou LE prijímacou citlivosťou pri 5% PER. Neexistuje žiadny klasický zásobník a už vôbec nie audio cesta. Nie je to obmedzenie, ktoré treba obísť – je to rozhodnutie o nákladoch a sile. Na poskytovanie, spúšťače OTA, telemetriu senzorov alebo stavové prepojenie s telefónnou aplikáciou postačuje BLE 4.1 a vyhnete sa plateniu za klasický zásobník, ktorý nikdy nepoužijete.

Nešpecifikujte sadu funkcií Bluetooth iba z marketingového prehľadu. Reťazce verzií sa skopírujú medzi dokumentmi; kontaktujte náš tím, aby ste získali oficiálny dokument špecifikácie a údaje o teste RF na overenie.

3. Rozpočítajte výkonový strom okolo špičkového prúdu, nie priemerného prúdu

Oba moduly bežia z hlavnej koľajnice 3,3 V ± 0,2 V. BL-R8723BT1 odoberá z tejto jednej koľajnice maximálne 400 mA; BL-M8723CS1 odoberá až 450 mA na hlavnej lište a pridáva samostatnú I/O lištu (VDIO), ktorá môže byť buď 3,3 V ± 0,2 V alebo 1,8 V ± 0,1 V. Samostatná I/O lišta je skutočne užitočná: môžete si ponechať 3,3 V RF napájanie, zatiaľ čo UlART1, SDIO a VDC priamo zodpovedajú prevodníkom. linky.

Plán pre vysielacie špičky, nie špecifikačné priemery:

Zdroj: tabuľky aktuálnej spotreby z oficiálnych dokumentov špecifikácie modulu, ktoré sú k dispozícii na vyžiadanie. Hodnoty sú typické / maximálne pri uvedených testovacích podmienkach; Hodnoty vysokofrekvenčného testu, nie priemery na úrovni aplikácie.

Dva postrehy, ktoré stojí za to navrhnúť. Po prvé, modul SDIO odoberá pri prenose 802.11b zreteľne viac ako modul USB (328 mA oproti 255 mA špička), pretože beží pri 17 dBm pri všetkých rýchlostiach 11b, zatiaľ čo modul USB je kalibrovaný na 15–17 dBm v závislosti od rýchlosti. Po druhé, USB modul má pri príjme 130 – 135 mA, čo je zhruba dvojnásobok SDIO modulu, pretože USB transceiver zostáva aktívny, kým rádio počúva. Na batériovom vreckovom počítači tento rozdiel nie je akademický.

Usmernenie pre usporiadanie: umiestnite 47–100 µF objemový kondenzátor a 10 µF plus 0,1 µF pár do niekoľkých milimetrov od VDD33, ponechajte 3,3 V napájanie na vlastnej dráhe alebo rovine a nikdy nezdieľajte vetvu s motormi, relé alebo ovládačom podsvietenia. Krok 328 mA na zdieľanej koľajnici sa prejaví ako problém s RF desense, ktorý vyzerá ako chyba rozloženia.

4. S anténnou podložkou zaobchádzajte ako s najrizikovejšou položkou na doske

Ani jeden modul neobsahuje anténu. Obidva sa pripájajú k externej anténe cez polodierovú (kastelovanú) podložku so špecifikovanou hodnotou VSWR 1,7 typického a maximálneho 2,0 pre BL-R8723BT1, maximálne 2,1 pre BL-M8723CS1. VSWR 2,0 už odráža približne 11 % dodaného výkonu; zle naladená anténa premení 17 dBm dirigovaného výkonu na výrazne nižší vyžiarený výkon a skráti dosah.

Praktický kontrolný zoznam:

• Nasmerujte napájanie antény ako riadené 50 Ω vedenie, čo najkratšie, ako to umožňuje mechanická konštrukcia, bez výčnelkov, žiadnych priechodov na RF ceste a zemného prešívania pozdĺž oboch strán.

• Anténu udržujte v dostatočnej vzdialenosti od batérie, magnetu reproduktora, LCD ohybu a akéhokoľvek uzemneného kovu. 2,4 GHz anténa umiestnená oproti kovovej konzole stráca väčší dosah, než dokáže obnoviť akékoľvek nastavenie ovládača.

• Ak je kryt kovový, presuňte anténu mimo neho a použite pigtail IPEX-to-SMA – potom pri výpočte rozpočtu na prepojenie zohľadnite stratu kábla a konektora.

• Overte so skutočným krytom, nie s modulom na lavičke. Radiačné testovanie s finálnymi plastmi, batériou a vedením káblov je jediné meranie, na ktorom záleží.

Prevádzaný vysielací výkon je kalibrovaný na rýchlosť, takže efektívny vyžarovaný výkon závisí od antény rovnako ako od modulu. Očakávajte 17 dBm na 802.11ba 802.11g 6 Mbps a 14–15 dBm na vysokopriepustných rýchlostiach MCS7, kde EVM obmedzuje použiteľný výstup:

Vysielajte energiu na podložke antény, podľa oficiálnej špecifikácie. Referenčná citlivosť: -92 dBm (11b 1 Mbps) a -66 dBm (HT40 MCS7) na BL-R8723BT1 ; -93 dBm a -66 dBm na BL-M8723CS1.

Udržujte prívod krátky a bez kovových, batériových a štítových plechoviek; pridajte stratu pigtailu do rozpočtu spojenia, keď je anténa umiestnená mimo kovového krytu.

5. Navrhnite koexistenciu do aplikácie, nie do nádeje

2,4 GHz kombinovaný modul má jedno rádio zdieľané medzi WLAN a Bluetooth. Ovládač časovo rozdeľuje rádio medzi tieto dva, čo funguje dobre, ale nie je zadarmo: pri súbežnom zaťažení klesá agregovaná priepustnosť WLAN a latencia Bluetooth sa zvyšuje. To je normálne a očakávané správanie pre túto architektúru, nie chyba.

Čo s tým robiť: definujte profil návštevnosti včas a otestujte ho. Pre IPC streamovanie 1080p, zatiaľ čo telefón poskytuje cez BLE, merajte stratu snímok pri oboch spustených, nie po jednom. V prípade POS terminálu otestujte platobnú transakciu, keď je pripojený skener BLE. Ak je zvuk súčasťou produktu, dbajte na to, aby boli audio prepojenie a plán kanálov WLAN navzájom informované – kanál 1, 6 a 11 so šírkou 20 MHz ponecháva viac miesta ako HT40.

Dve možnosti architektúry znižujú problém pred zapojením firmvéru: použite radšej BLE než Classic tam, kde to prípad použitia umožňuje (kratšie, plánované udalosti pripojenia), a vyhnite sa umiestneniu antén Wi-Fi a Bluetooth do rovnakej ochrany, ak vám mechanický dizajn dáva na výber.

6. Získajte ovládacie a remienkové kolíky tesne pred zmrazením rozloženia

Tu sa najčastejšie pretáčajú dizajny založené na SDIO. Na BL-M8723CS1 má niekoľko kolíkov dvojitú funkciu a jeden nesie remienok na zapnutie:

• CHIP_EN (pin 35) je aktívny-nízky reset s 100 kΩ interným pull-up na VDD33. Nechajte ho prístupný alebo ho spustite z hostiteľského GPIO s definovaným oneskorením pri zapnutí; nenechajte ho plávať v blízkosti spínacej koľajnice.

• WL_DIS# (pin 12) stiahne funkciu WLAN nadol a deaktivuje rozhranie SDIO, keď je zoslabený na nízku úroveň – užitočné pre stav, keď je rádio vypnuté. BT_DIS# (pin 34) robí to isté pre Bluetooth. Všimnite si interakciu s príznakmi v údajovom hárku: opisuje tiež stav resetovania celého čipu, keď sú oba kolíky deaktivované, takže tieto kolíky odošlite z hostiteľa namiesto trvalého viazania jedného z nich.

• GPIO1 (kolík 25) je kolík popruhu, vnútorne vytiahnutý nízko o 100 kΩ a počas zapínania sa nesmie vytiahnuť vysoko. Ak váš hostiteľ riadi túto sieť, držte ju na vysokej Z, kým sa modul nenabootuje – prepínač úrovne alebo externé vytiahnutie tu spôsobí občasné zlyhanie zavádzania, ktoré je veľmi ťažké vysledovať.

• LPO (pin 24) môže mať externé 32 kHz alebo RTC hodiny pre presné nízkoenergetické časovanie; je zdieľaný s GPIO6 a vysokorýchlostným výstupom UART RTS, takže sa včas rozhodnite, ktorú funkciu potrebujete.

• Pin 41 je vnútorne prepojený s ostatnými uzemňovacími kolíkmi, takže môže byť ponechaný nezapojený alebo použitý pre UART_CTS vo vašom aplikačnom obvode bez ovplyvnenia normálnej prevádzky – užitočné, keď 44-kolíkový rozmer musí zodpovedať existujúcemu poli padov.

USB modul je jednoduchší: 32,768 kHz nízkoenergetický hodinový vstup na kolíku 4 plus pár DEVICE_WAKE_HOST a HOST_WAKE_DEVICE používaný na vzdialené budenie. Ak sa váš produkt spolieha na prebudenie z režimu pozastavenia iniciované hostiteľom, zapojte oba káble a potvrďte polaritu, ktorú očakáva váš ovládač.

Najprv Rails, potom uvoľnite CHIP_EN a potom nechajte hostiteľa, aby vymenoval. Udržujte GPIO1 high-Z počas zapnutia.

7. Prispôsobte prevádzkový rozsah krytu, nie miestnosti

BL-M8723CS1 je dimenzovaný na -20 °C až +70 °C; BL-R8723BT1 je dimenzovaný na -10 °C až +70 °C. Obidve sú špecifikované pre 10–95 % relatívnej vlhkosti bez kondenzácie. Rozdiel 10 °C je jediná špecifikácia, ktorá najčastejšie diskvalifikuje inak správnu voľbu: palubná kamera namontovaná na čelnom skle na trhu so studenými klimatickými podmienkami bude mať teploty pod -10 °C a variant USB je tam mimo stanoveného rozsahu – robotický vysávač alebo vnútorný POS terminál nikdy nebudú.

Horná hranica si zaslúži rovnakú úctu. Utesnený kryt IP kamery na priamom slnku alebo set-top box naskladaný pod televízorom dokáže vytlačiť miestne okolité prostredie výrazne nad 40 °C. Zmerajte teplotu vzduchu na module, nie izbovú teplotu, a znížte svoj tepelný návrh oproti stropu 70 °C s rezervou, a nie podľa neho.

8. Uzamknite výrobu, skladovanie a rozsah certifikácie

Tri položky, ktoré sa v špecifikácii objavujú neskoro a spôsobujú neskoré prekvapenia:

Preformátovať. Oba moduly špecifikujú maximum maximálne 250 °C a nie viac ako dva prechody pretavenia. Tretí prechod – bežný pri prepracovaní dosky alebo pri pridávaní druhého montážneho kroku – je mimo špecifikácie a režim zlyhania sa objaví ako okrajové spojenie RF alebo BLE o mesiace neskôr, nie pri teste.

Skladovanie a manipulácia. BL-R8723BT1 definuje rozsah skladovania -45 °C až +85 °C, 12-mesačné okno od vákuového balenia a 72-hodinové okno po otvorení vrecka. Ak indikátor vlhkosti zmenil farbu, pred spájkovaním raz pečte pri 60 °C 24 hodín. Oba moduly sú zariadenia citlivé na ESD a vyžadujú si štandardné opatrenia pri manipulácii na linke.

Certifikácia. Rozsah RF a EMC závisí od trhu, na ktorý dodávate, a od hostiteľského krytu – certifikát modulu sa automaticky nevzťahuje na hotový produkt. Kontaktujte nás, aby ste získali aktuálne správy o testoch pre konkrétny model a trh a priradili správu k presnému firmvéru a konfigurácii antény používanej vo výrobe. Domáce a exportné požiadavky sa môžu líšiť.

Tabuľka výberu vedľa seba

Zhrnutie z našich oficiálnych špecifikačných dokumentov, ktoré je k dispozícii na požiadanie.

Pokrytie vodiča a platformy

Oba moduly sú postavené na kremíku Realtek s podporou ovládačov dodávateľov pre Linux a Android, čo je to, čo väčšina návrhov IPC, POS a zariadení skutočne dodáva. Variant USB navyše obsahuje podporu systému Windows, ktorá je užitočná pre periférne zariadenia a produkty v štýle dongle. Pred potvrdením verzie jadra si overte presný balík ovládačov s naším tímom FAE – pripravenosť ovládača, nie výkon RF, je zvyčajne to, čo posúva plán.

Akú podporu môžete očakávať pred a po výhre dizajnu

• Štandardné moduly v množstve vzoriek, plus oficiálne dokumenty so špecifikáciami, definície pinov a referenčné schémy na vyžiadanie.

• Prehľad rozloženia vášho smerovania SDIO alebo USB, udržiavania antény a stromu napájania pred uvoľnením dosky.

• Vývoj vlastných modulov na oboch čipoch: úprava pinov, zmena veľkosti pôdorysu, možnosti antény (zabudovaná keramika, konektor IPEX, polovičná podložka) a ladenie parametrov firmvéru.

• Podpora dokumentácie pre certifikačnú cestu, ktorú plánujete.

Ak je váš projekt stále v štádiu architektúry, náš Prehľad platforiem RTL8723BU-CG a RTL8723CS-CG pokrýva rozdiely na úrovni čipov, prípady aplikácií hromadnej výroby a rozsah vlastného vývoja; na Portfólio modulov 2,4 GHz Wi-Fi uvádza ďalšie možnosti kompatibilné s pinmi v tejto triede.

FAQ

Ďalší krok

Pošlite nám svoju schematickú stránku a mechanické obmedzenia – umiestnenie antény, materiál krytu, hostiteľské rozhranie a cieľový prevádzkový rozsah – a náš aplikačný tím vám vráti posúdenie vhodnosti pre každý modul vrátane zmien na úrovni kolíkov potrebných pre vaše rozloženie. Požiadajte o vzorky, údajový list a kontrolu rozloženia.

Všetky údaje o výkonnosti v tomto článku sú typické hodnoty pre referenciu. Dokumenty s úplnými špecifikáciami, správy o skúškach a zdroje návrhu sú k dispozícii na požiadanie.