Die Entwicklung eines Wi-Fi-Frontend-Moduls mit einem Wireless-SoC nach den neuesten Wi-Fi-Standards kann komplex und kostspielig sein. Daher ist die Wahl eines vorzertifizierten Moduls der einfachste Weg, schnell auf den Markt zu kommen.
Bei der Entwicklung einer Leiterplatte mit einem leistungsstarken, miniaturisierten Wireless-SoC kommt es auf jedes Detail an – von der Signalintegrität auf dem digitalen Hochgeschwindigkeits-I/O-Bus, der die Daten zum Transceiver überträgt, bis hin zur Impedanzanpassung zwischen dem HF-Ausgangspin und der Antenne. Um Probleme frühzeitig zu erkennen und spätere Schwierigkeiten zu vermeiden, ist spezialisiertes HF-Know-how erforderlich. Zudem benötigt die Wi-Fi-Entwicklung teure Testgeräte. Im Gegensatz dazu ist das Funkdesign in einem Modul bereits optimiert, wodurch potenzielle Probleme bereits im Entwicklungsprozess vermieden werden können. Dies führt zu erheblichen Kosteneinsparungen.

Die Zertifizierung ist kostspielig.
Produkte mit Sender müssen die reibungslose Funktion mit anderen Geräten in gemeinsam genutzten Umgebungen gewährleisten. Diese Kompatibilität wird durch eine Produktzertifizierung nach strengen Funktests gemäß den geltenden lokalen Vorschriften sichergestellt. Dies gilt selbstverständlich auch für Produkte mit WLAN-Transceiver. Tatsächlich sind die Kosten für eine vollständige Zertifizierung bei WLAN aufgrund der Technologie oft höher. Ein WLAN-Produkt muss optimale Funkleistung erbringen, wenn es neben anderen Produkten im selben oder in verschiedenen, aber räumlich benachbarten WLAN-Netzwerken betrieben wird. Darüber hinaus darf das WLAN-Gerät keine Interferenzen mit anderen ISM-Band-Technologien wie Bluetooth, ZigBee, Thread oder anderen proprietären Funkprotokollen verursachen. Ein schlecht konzipiertes WLAN-Gerät ist zudem anfällig für Störungen durch LTE-Mobilfunkgeräte oder Radargeräte im 5-GHz-Band, die in zivilen oder militärischen Anwendungen eingesetzt werden.

Die Situation wird durch die weltweite Uneinigkeit über die Nutzung des 6-GHz-Bandes im Kontext von ISM-Band-Technologien wie WLAN und Bluetooth zusätzlich verkompliziert. Während die USA beispielsweise die Nutzung der gesamten 1200-MHz-Bandbreite für ISM-Anwendungen freigegeben haben, hat die Europäische Union lediglich 480 MHz im unteren 6-GHz-Band freigegeben. Die Überwindung globaler regulatorischer Hürden erweist sich oft als größter versteckter Kostenfaktor bei der Hardwareentwicklung. Die Zusammenarbeit mit Prüflaboren zur Erfüllung regulatorischer Anforderungen erhöht den Aufwand zusätzlich. All dies trägt zu den gesamten Entwicklungskosten bei. Der Einsatz vorzertifizierter Funkmodule beseitigt viele dieser Schwierigkeiten. Systementwickler müssen lediglich die dem Modulhersteller erteilte Lizenz wiederverwenden, um die Funkfunktionalität sicher zu integrieren.

richtigen WLAN-Moduls
hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter:
– Architektur:
Ein Modul kann über einen offenen Anwendungsprozessor verfügen, der sowohl den Netzwerk-Stack als auch die eingebettete IoT-Anwendung hostet. Diese laufen im Kontext eines eingeschränkten Echtzeitbetriebssystems (RTOS). Alternativ kann das Modul als Netzwerk-Coprozessor (NCP) fungieren, der die WLAN-Kommunikation verwaltet, aber einen Host-Prozessor für das Netzwerkmanagement benötigt. Letzteres erfordert typischerweise ein vollständiges Betriebssystem (Windows oder Linux). Zunehmend bieten Gerätehersteller jedoch auch Schnittstellen für den NCP an, die über einen TCP/IP-Stack auf einem Echtzeitbetriebssystem (z. B. FreeRTOS) laufen.
– Mehrere Funkprotokolle:
Ein Projekt kann verschiedene Verbindungsoptionen erfordern. Je nach Anwendungsfall kann zwischen einem Modul mit nur einem Protokoll (WLAN) und einer Multi-Protokoll-Lösung mit Mesh-Konnektivität auf Basis von Bluetooth und 802.15.4 gewählt werden. Gegen einen geringen Aufpreis bietet die Multi-Protokoll-Lösung eine enge Integration und ein besseres Koexistenzmanagement im Vergleich zu einer diskreten Multi-SoC/Modul-Lösung.

Abbildung 1 PAN9019: Ein zertifiziertes Funkmodul mit Dualband-WiFi-6- und Bluetooth-5.4-Subsystemen.

Kommunikationsschnittstellen:
Jedes Gerät und jede Anwendung hat spezifische Anforderungen an die drahtlose Konnektivität. Während ein Gerät beispielsweise mehrere Gigabit über eine drahtlose Verbindung übertragen muss, um 4K-Videos zu streamen, benötigt ein anderes möglicherweise nur wenige Kilobit, um Sensordaten zu melden oder einen Aktor fernzusteuern. Die verfügbaren Optionen spiegeln diese Anwendungsvielfalt wider. So unterstützen einige Funkmodule Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsschnittstellen wie SDIO und PCIe, die sich für Anwendungen mit sehr hoher Datenübertragungsleistung eignen, während andere Lösungen für energiebegrenzte Anwendungen optimiert sind und Schnittstellen wie SPI, I2C und UART zum Anschluss von Sensoren verwenden. Antennenoptionen
:
Die Antenne ist ein entscheidendes Element in einem drahtlosen Design. Sie fungiert als Wandler und wandelt die vom Transceiver empfangenen Ströme und Spannungen in elektromagnetische Energie um, die von der drahtlosen Technologie abgestrahlt wird, und umgekehrt. Eine suboptimale Antenne kann ein Produkt völlig unbrauchbar machen. Daher wird die Antennenauswahl in der Regel durch das endgültige Produktdesign bestimmt. Während einige Entwickler kompakte, in die Leiterplatte integrierte Antennen bevorzugen, verwenden andere extern montierte Antennen, um die Reichweite zu verbessern. Es ist wichtig zu beachten, dass die Antenne ein integraler Bestandteil der Senderkonfiguration ist und daher direkt mit der Zulassung des Funkmoduls verknüpft ist. Merke: Achten Sie bei der Antennenauswahl auf die Details! Module können mit einer integrierten Antenne oder mit einem zertifizierten Referenzdesign ausgestattet sein, das es Anwendern ermöglicht, das Design exakt zu kopieren und die Zertifizierung wiederzuverwenden. Ziel ist es stets, eine optimale Funkabdeckung für das jeweilige Design zu erreichen. Dies kann eine Anpassung der Antennen und der zugehörigen Zertifizierung erforderlich machen.

Was Sie von einem Wi-Fi-Modulanbieter erwarten können:
Im IoT-Bereich ist die Wi-Fi-Implementierung oft geschäftskritisch. Daher sollte ein Modulanbieter folgende Kernleistungen bieten:
– Unterstützung im Hardware-Design:
HF-Designs können oft unerwartete Probleme bereiten. Gerade in dieser Phase ist die Unterstützung von Ingenieuren mit fundierter Erfahrung im Wi-Fi-Modul-Design entscheidend für einen schnellen Entwicklungszyklus. Ein Modulanbieter kann auf verschiedene Weise helfen: Überprüfung des PCB-Designs, Anpassung der Antenneneingangsimpedanz, Empfehlungen zur Modul- oder Antennenplatzierung für eine bessere Abdeckung usw.
– Erweiterung um neue Zulassungsbereiche und Antennen:
Wie bereits erwähnt, ist einer der Hauptvorteile von Wi-Fi-Modulen die einfache Erlangung der Zulassung für die Funkfunktionalität. Daher sollten Anbieter über eine umfassende Zulassungsstrategie verfügen, um Designflexibilität zu gewährleisten. Diese sollte mehrere Zulassungsbereiche zur Abdeckung weiterer Märkte und verschiedener Antennentypen umfassen.
In manchen Fällen kann sich eine zertifizierte Antenne auf dem Modul als unzureichend für die erforderliche Funkleistung erweisen, sodass eine andere Antenne verwendet werden muss. In anderen Fällen zielt ein Produkt möglicherweise auf einen neuen Markt ab, für den dem Modulanbieter die Zulassung und/oder Testberichte fehlen. In solchen Fällen ist die Unterstützung des Modulherstellers erforderlich, um einen neuen regulatorischen Geltungsbereich in die bestehende Zertifizierungsliste aufzunehmen oder einen völlig neuen Antennentyp zu zertifizieren. Modulhersteller können diese Unterstützung leisten, indem sie Tests gemäß den neuen Vorschriften durchführen und eine autorisierte Änderungsmitteilung für die ursprüngliche Zertifizierung ausstellen.
– Software-Fehlerbehebung:
Die Integration des WLAN-Treibers in eine eingebettete Plattform ist einer der kritischsten Punkte im gesamten Softwarelebenszyklus eines Projekts. Nehmen wir beispielsweise ein Netzwerkkommunikationsprotokoll (NCP) für ein Linux-basiertes eingebettetes Gerät. Es ist üblich, dass Hersteller von drahtlosen Halbleitern regelmäßig Treiberversionen veröffentlichen, die mit dem neuesten stabilen Linux-Kernel getestet wurden. Darüber hinaus benötigen drahtlose Treiber Patches, um Sicherheitslücken zu schließen. Ein Upgrade auf eine neue Version, insbesondere bei drahtlosen Geräten mit externen Controllern, kann mitunter zu unerwartetem Produktverhalten führen. Hier kann die Unterstützung durch einen Modulhersteller – sei es durch die Kommunikation über entdeckte Sicherheitslücken und die Verfügbarkeit von Sicherheitspatches oder durch proaktive Fehlerbehebung und Ursachenanalyse während der Controller-Integration – wesentlich zu einem reibungslosen Projektmanagement beitragen. Gleiches gilt für ein drahtloses Modul, das um einen eingebetteten drahtlosen Mikrocontroller herum konstruiert wurde.

- Gewährleisten Sie die vollständige Unterstützung der Lieferkette.
Eine mangelhafte Lieferkettenanalyse kann ein herausragendes Leiterplattendesign zunichtemachen. Selbst das Fehlen einer kleinen, scheinbar unbedeutenden Komponente, wie beispielsweise eines Widerstands, kann die Produktion verzögern; es muss jedoch eine Alternative verfügbar sein. Ein zertifiziertes Funkmodul zählt zu den kritischsten Komponenten, da es untrennbar mit den Produktdeklarationen des Herstellers gegenüber den Aufsichtsbehörden verbunden ist. Folglich ist eine Produktüberarbeitung unter Umständen nicht möglich, was zweifellos sehr kostspielig wäre. Hier bietet die umfassende Unterstützung eines kompetenten und engagierten Modullieferanten einen echten Mehrwert. Themen können sein: Technologieberatung zur Ermittlung des optimalen Plattformdesigns, Produktlebenszyklusmanagement und Produktionsprognosen. Werksaudits können erforderlich sein, um Transparenz in der Lieferkette zu schaffen.

Panasonic Industry
Europe ist ein anerkannter Anbieter von drahtlosen Nahbereichsverbindungslösungen mit einem Portfolio, das Wi-Fi, Bluetooth und weitere Netzwerktechnologien umfasst. Die drahtlosen Module und Netzwerkkarten (NICs) sind für verschiedene regulatorische Bereiche zertifiziert, darunter die USA, Europa, Kanada, Japan und weitere Länder im asiatisch-pazifischen Raum. Diese Zertifizierungen decken auch eine breite Palette von Antennentypen ab, darunter zertifizierte Referenzantennen mehrerer namhafter Antennenhersteller. Das Unternehmen unterstützt IoT-Projekte zudem durch ein Partnernetzwerk, das Antennen, Embedded Firmware und proprietäre drahtlose Protokollstacks bereitstellt.
Das Portfolio an drahtlosen Modulen von Panasonic Industry deckt mehrere Wi-Fi-Generationen ab, von Wi-Fi 4 bis Wi-Fi 6/6E. Wi-Fi-7-Module sind Teil der zukünftigen Roadmap. Die Module werden in Europa in einem hundertprozentigen Panasonic-Werk entwickelt und gefertigt. 

* Geplant tbd = wird noch festgelegt
Tabelle 1: Neueste Panasonic Industry Wi-Fi-Module für neue Designs
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