使用完整的 Wi-Fi/蓝牙组合模块简化 IoT 连接

技术和产品进步之间的正反馈循环是这样的:技术进步增加市场对产品的需求,而这种需求又进一步推动技术的进步。如此循环往复,昂贵而稀有的元器件和产品很快就会沦为廉价商品。比如个人电脑、智能手机和平板电视,都是如此。

而这种现象也同样适用于无线物联网 (IoT) 连接。设计和制造无线功能往往是少数射频“魔法师”的乐园,即使是小批量应用亦是如此。其中包括能够设计出在几百兆赫频率下工作的电路的专家,以及常常以相对较高的成本制造这些电路的公司。最近,令我感到惊讶的是,完整的千兆赫 (GHz) 范围射频集成电路已随处可见,这有助于以较低的成本、较小的封装尺寸和非凡的功能快速实现高度复杂的无线连接。

当然,供应商和用户对“完整”的理解往往不同。虽然每个有源器件都需要电源,很可能还需要一些旁路电容器,但设计人员可能还必须添加更多的有源和无源元器件,才能成功运行。因此,完整与否取决于元器件的种类和数量。

利用完整模块简化合规性

对于射频相关功能而言,器件的完整性不仅仅能带来便利。完整的射频解决方案可以消除射频设计所面临的两大挑战:

• 确保符合电路支持的无线标准的复杂功能要求

• 满足有关带外 (OOB) 发射、电磁干扰 (EMI) 和射频干扰 (RFI) 的众多严格规定,以简化产品认证流程

当无线链式电路和功能必须支持单一标准的多个版本时,这些设计问题就会变得更加复杂,例如多个 Wi-Fi 变体 (IEEE 802.11xx)。如果还必须支持不同的标准(如蓝牙),则更具挑战性。即使是经验丰富的设计人员,在开发满足单一行业标准的全功能射频链路时也会十分谨慎;而在一个芯片中满足多个无线标准的风险更大。

通过模块提供完整的解决方案

选择 Murata Electronics2BZ 型 (LBEE5XV2BZ-883) 模块,所有这些问题便可迎刃而解。这是一款双频段 2.4 GHz 和 5 GHz Wi-Fi 无线局域网 (WLAN) 和蓝牙收发器模块。该组合解决方案支持采用 2×2 多输入多输出 (MIMO) 技术的 Wi-Fi 802.11a/b/g/n/ac,以及蓝牙 5.2 基本速率 (BR)、增强型数据速率 (EDR) 和低功耗 (LE)。其物理层 (PHY) 数据速率高达 866 Mbps (Wi-Fi) 和 3 Mbps(蓝牙)。

目标应用包括对尺寸和功耗敏感的设备,例如 IoT 节点、手持无线系统、家居自动化、网关以及其他必须符合 FCC/CE/IC/TELEC 标准的设备。该全屏蔽表面贴装型模块仅重 0.36 g,封装尺寸仅为 11.4 mm × 8.9 mm,高度为 1.4 mm(图 1)。

图 1:全屏蔽 LBEE5XV2BZ-883 是一款 Wi-Fi 和蓝牙组合收发器模块,可简化无线连接的实施。(图片来源:Murata Electronics)

LBEE5XV2BZ 基于 Infineon TechnologiesAIROC CYW54590 片上系统 (SoC)。CYW54590 包括发射器射频功率放大器 (PA) 和接收器低噪声放大器 (LNA)(图 2)。该模块解决了关键的射频匹配、滤波和天线接口问题。这样就消除了与创建和认证射频电路及相关软件有关的诸多挑战。

图 2:2BZ 型模块基于 CYW54590 Wi-Fi 5 和蓝牙 5.1 组合 SoC,带有板载 PA 和 LNA。(图片来源:Infineon Technologies)

该模块最多可支持三根天线:一根用于蓝牙,两根用于 Wi-Fi。此外,共用的蓝牙和 WLAN 接收信号路径无需使用外部功率分配器,同时还保持了蓝牙和 Wi-Fi 的出色灵敏度。

CYW54590 不仅仅集成了完整的射频功能。其 WLAN 部分支持标准 SDIO 接口,蓝牙部分支持高速四线主机控制器接口 (HCI)、UART 和用于音频数据的脉冲编码调制 (PCM)(图 3)。

图 3:2BZ 型模块可在主机处理器与最多三根天线之间提供完整的接口,以实现 Wi-Fi 和蓝牙功能。(图片来源:Murata Electronics)

嵌入式操作固件也同样重要。CYW54590 实现了高度复杂的协作共存硬件机制和算法,可同时优化 Wi-Fi 和蓝牙连接。

值得注意的是,Murata 的另一款模块 LBEE5XV1XA-540 增加了实时同步双频段 (RSDB) 功能,可支持两个并发的 Wi-Fi 网络,一个在 2.4 GHz 频段,另一个在 5 GHz 频段。LBEE5XV1XA-540 基于 Infineon 的 AIROC CYW54591RKUBGT SoC,可减少视频/音频数据流或网关应用中的延时。

这些模块的完整性体现在所需最少数量的外部元件上:仅需少量标准旁路/去耦电容器和一些用于 SDIO 数据线路的上拉电阻器。此外,只需要两个电源轨,一个是用于工作的 3.3 V(标称)电源,另一个是用于 I/O 线路的 1.8 V 或 3.3 V 电源,这也简化了设计导入。

总结

设计人员不再需要具备高级射频电路和系统技能,就能嵌入复杂的多频段、多格式 Wi-Fi 和蓝牙接口。Murata Electronics 的 2BZ 型 Wi-Fi/蓝牙收发器模块采用 CYW54590 组合 SoC、射频匹配、滤波和天线接口,提供了符合法规和功能要求的即用型解决方案。

关于此作者

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Bill Schweber 是一名电子工程师,撰写了三本关于电子通信系统的教科书,以及数百篇技术文章、意见专栏和产品特性说明。他担任过 EE Times 的多个特定主题网站的技术管理员,以及 EDN 的执行编辑和模拟技术编辑。

在 Analog Devices, Inc.(模拟和混合信号 IC 的领先供应商)工作期间,Bill 从事营销传播(公共关系),对技术公关职能的两个方面均很熟悉,即向媒体展示公司产品、业务事例并发布消息,同时接收此类信息。

担任 Analog 营销传播职位之前,Bill 在该公司颇受推崇的技术期刊担任副主编,并且还在公司的产品营销和应用工程部门工作过。在此之前,Bill 曾在 Instron Corp. 工作,从事材料测试机器控制的实际模拟和电源电路设计及系统集成。

他拥有电气工程硕士学位(马萨诸塞州立大学)和电气工程学士学位(哥伦比亚大学),是注册专业工程师,并持有高级业余无线电许可证。Bill 还规划、撰写并讲授了关于各种工程主题的在线课程,包括 MOSFET 基础知识、ADC 选择和驱动 LED。

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