Concevoir un module frontal Wi-Fi à l'aide d'un SoC sans fil basé sur les dernières normes Wi-Fi peut s'avérer complexe et coûteux. C'est pourquoi opter pour un module pré-certifié est la solution la plus simple pour une mise sur le marché rapide.
Lors de la conception d'une carte de circuit imprimé intégrant un SoC sans fil miniature haute performance, chaque détail compte, de l'intégrité du signal sur le bus d'E/S numériques haut débit qui achemine les données vers l'émetteur-récepteur, à l'adaptation d'impédance entre la broche de sortie RF et l'antenne. Une expertise RF pointue est indispensable pour identifier les problèmes en amont et éviter les difficultés ultérieures. Par ailleurs, le développement Wi-Fi requiert des équipements de test onéreux. À l'inverse, la conception radio est déjà optimisée au sein d'un module, ce qui contribue à éliminer les problèmes potentiels dès le cycle de développement. Il en résulte des économies substantielles.

La certification est coûteuse.
Les produits livrés avec un émetteur doivent garantir leur compatibilité avec les autres appareils au sein d'un même environnement. Cette compatibilité est assurée par la certification du produit, suite à des tests radio rigoureux menés conformément à la réglementation locale en vigueur. Ceci s'applique également aux produits intégrant un émetteur-récepteur Wi-Fi. De fait, le coût d'une certification complète est généralement plus élevé pour le Wi-Fi, compte tenu de la nature de cette technologie. Un produit Wi-Fi doit présenter des performances radio optimales lorsqu'il est placé à proximité d'autres produits sur le même réseau Wi-Fi ou sur des réseaux Wi-Fi différents mais situés au même endroit. De plus, l'appareil Wi-Fi doit garantir l'absence d'interférences avec d'autres technologies de la bande ISM, telles que Bluetooth, Zigbee, Thread ou d'autres protocoles sans fil propriétaires. Enfin, un appareil Wi-Fi mal conçu est très susceptible d'être perturbé par les radios mobiles LTE ou les radars fonctionnant dans la bande des 5 GHz, utilisés dans des applications civiles ou militaires, ou d'être perturbé par ces derniers.

La situation est encore compliquée par les désaccords internationaux concernant l'utilisation de la bande 6 GHz pour les technologies ISM telles que le Wi-Fi et le Bluetooth. Par exemple, alors que les États-Unis autorisent l'utilisation de la totalité de la bande passante de 1 200 MHz pour les applications ISM, l'Union européenne n'en a ouvert que 480 MHz dans la bande inférieure des 6 GHz. Le franchissement des obstacles réglementaires internationaux représente souvent le principal coût caché de la conception matérielle. La collaboration avec les laboratoires d'essais pour satisfaire aux exigences réglementaires alourdit encore la charge de travail. Tous ces éléments contribuent au coût global de développement. L'utilisation de modules sans fil pré-certifiés simplifie considérablement le processus. Les concepteurs de systèmes n'ont qu'à réutiliser la licence délivrée au fabricant du module pour intégrer la fonctionnalité sans fil en toute sécurité.

Choisir le bon module Wi-Fi :
Le choix d’un module Wi-Fi dépend de plusieurs facteurs, notamment :
- Architecture :
Un module peut intégrer un processeur d’application ouvert hébergeant la pile réseau et l’application IoT embarquée, le tout fonctionnant sous un système d’exploitation temps réel (RTOS) restreint. Il peut également s’agir d’un coprocesseur réseau (NCP) gérant la communication Wi-Fi, mais nécessitant un processeur hôte pour la gestion du réseau. Ce dernier requiert généralement un système d’exploitation complet (Windows ou Linux). Cependant, de plus en plus de fabricants proposent des modules permettant d’interfacer le NCP avec une pile TCP/IP exécutée sur un système d’exploitation temps réel (par exemple, FreeRTOS).
- Protocoles sans fil multiples :
Un projet peut nécessiter différentes options de connectivité. Selon le rôle à jouer, vous pouvez opter pour un module monoprotocole (Wi-Fi uniquement) ou une solution multiprotocole prenant en charge la connectivité mesh basée sur Bluetooth et 802.15.4. Pour un faible surcoût, la solution multiprotocole offre une intégration étroite et une meilleure gestion de la coexistence par rapport à une solution multi-SoC/module discrète.

Figure 1 PAN9019 : Un module radio certifié contenant des sous-systèmes WiFi 6 double bande et Bluetooth 5.4.

Interfaces de communication :
Chaque appareil et application possède ses propres capacités et exigences en matière de connectivité sans fil. Un appareil peut nécessiter la transmission de plusieurs gigabits via une liaison sans fil pour la diffusion de vidéos 4K, tandis qu'un autre peut se contenter de quelques kilobits pour transmettre des données de capteurs ou contrôler un actionneur à distance. Les options disponibles reflètent cette diversité d'applications. Ainsi, certains modules sans fil prennent en charge des interfaces de communication haut débit telles que SDIO et PCIe, adaptées aux applications de transmission de données à très hautes performances, tandis que d'autres solutions sont optimisées pour les applications à faible consommation d'énergie, utilisant des interfaces comme SPI, I2C et UART pour la connexion des capteurs.
Options d'antenne :
L'antenne est un élément crucial d'une conception sans fil. Elle agit comme un transducteur, convertissant les courants et tensions reçus de l'émetteur-récepteur en énergie électromagnétique rayonnée par la technologie sans fil, et inversement. Une antenne sous-optimale peut rendre un produit inutilisable. Par conséquent, le choix de l'antenne est généralement dicté par la conception finale du produit. Certains concepteurs privilégient des antennes compactes intégrées au circuit imprimé, tandis que d'autres utilisent des antennes externes pour améliorer la couverture. Il est important de rappeler que l'antenne fait partie intégrante de la configuration de l'émetteur et est donc directement liée à la certification réglementaire du module sans fil. Leçon : soyez attentif aux détails lors du choix d'une antenne ! Les modules peuvent être fournis avec une antenne intégrée ou avec une conception de référence certifiée permettant aux utilisateurs de reproduire la conception exacte et de réutiliser la certification. L'objectif final est toujours d'obtenir une couverture radio optimale pour une conception donnée, ce qui peut nécessiter la modification des antennes et de la certification associée.

Que peut-on attendre d'un fournisseur de modules Wi-Fi ?
Dans l'IoT, la mise en œuvre du Wi-Fi est souvent cruciale. Un fournisseur de modules doit donc offrir certaines valeurs fondamentales :
- Assistance à la conception matérielle :
Les conceptions RF peuvent souvent réserver des surprises désagréables, au moment où on s'y attend le moins. C'est à ce stade que le soutien d'ingénieurs possédant une solide expérience en conception de modules Wi-Fi est essentiel pour un cycle de conception rapide. Un fournisseur de modules peut apporter son aide de différentes manières : examen de la conception du circuit imprimé, adaptation de l'impédance d'entrée de l'antenne, recommandations sur le placement du module ou de l'antenne pour une meilleure couverture, etc.
- Ajout de nouveaux domaines réglementaires et d'antennes :
Comme mentionné précédemment, l'un des principaux avantages des modules Wi-Fi est la facilité d'obtention de la certification réglementaire pour les fonctionnalités radio. Les fournisseurs doivent donc disposer d'une stratégie réglementaire complète pour garantir la flexibilité de conception, incluant plusieurs domaines afin de couvrir davantage de marchés et plusieurs types d'antennes.
Dans certains cas, une antenne certifiée sur le module peut s'avérer insuffisante pour les performances radio requises, nécessitant l'utilisation d'une antenne différente. Dans d'autres cas, un produit peut cibler un nouveau marché pour lequel le fournisseur de modules ne dispose pas des approbations et/ou des rapports de test nécessaires. Dans de tels cas, l'assistance du fournisseur de modules est nécessaire pour ajouter un nouveau périmètre réglementaire à la liste des certifications existantes ou pour certifier un tout nouveau type d'antenne. Les fournisseurs de modules peuvent apporter leur soutien en réalisant des tests de conformité aux nouvelles réglementations et en émettant une notification de modification autorisée pour la certification initiale.
- Dépannage logiciel :
L'intégration du pilote Wi-Fi dans une plateforme embarquée est l'un des points les plus critiques du cycle de vie logiciel d'un projet. Prenons l'exemple d'un protocole de communication réseau (NCP) pour un système embarqué sous Linux. Il est courant que les fournisseurs de semi-conducteurs sans fil publient régulièrement des versions de pilotes testées avec la dernière version stable du noyau Linux. De plus, les pilotes sans fil nécessitent des correctifs pour remédier aux failles de sécurité. La mise à jour vers une nouvelle version, en particulier pour les appareils sans fil dotés de contrôleurs externes, peut parfois entraîner un comportement inattendu du produit. C'est là que l'assistance d'un fournisseur de modules – que ce soit par la communication des vulnérabilités découvertes et de la disponibilité des correctifs de sécurité, ou par un dépannage proactif et une analyse des causes profondes lors de l'intégration du contrôleur – peut grandement contribuer au bon déroulement du projet. Il en va de même pour un module sans fil conçu autour d'un microcontrôleur sans fil embarqué.

- Assurez un soutien complet de la chaîne d'approvisionnement.
Une évaluation insuffisante de cette dernière peut compromettre la conception d'un circuit imprimé exceptionnel. L'absence d'un composant, même petit et apparemment insignifiant comme une résistance, peut retarder la production ; une solution de remplacement doit donc être disponible. Or, un module radio certifié est l'un des composants les plus critiques, car il est intrinsèquement lié aux déclarations finales du produit faites par le fabricant aux organismes de réglementation. Par conséquent, une refonte du produit peut s'avérer impossible, ce qui serait sans aucun doute très coûteux. C'est là que le soutien total d'un fournisseur de modules compétent et engagé apporte une réelle valeur ajoutée. Les sujets abordés peuvent inclure : le conseil technologique pour définir la meilleure conception de plateforme ; la gestion du cycle de vie du produit ; et les prévisions de production. Des audits d'usine peuvent être nécessaires pour garantir la transparence de la chaîne d'approvisionnement.

Panasonic Industry
Europe est un fournisseur reconnu de solutions de connectivité sans fil à courte portée, proposant un portefeuille incluant le Wi-Fi, le Bluetooth et d'autres technologies réseau. Ses modules sans fil et ses cartes réseau sont certifiés conformes aux réglementations en vigueur dans de nombreux domaines, notamment aux États-Unis, en Europe, au Canada, au Japon et dans d'autres pays d'Asie-Pacifique. Ces certifications couvrent également une large gamme d'antennes, avec des antennes de référence certifiées provenant de plusieurs fabricants renommés. L'entreprise facilite par ailleurs le déploiement de l'Internet des objets (IoT) grâce à un écosystème de partenaires spécialisés dans les antennes, les micrologiciels embarqués et les protocoles sans fil propriétaires.
Le portefeuille de modules sans fil de Panasonic Industry couvre plusieurs générations de Wi-Fi, du Wi-Fi 4 au Wi-Fi 6/6E. Les modules Wi-Fi 7 font partie de sa feuille de route. Ses modules sont conçus et fabriqués en Europe, dans une usine appartenant à Panasonic. 

* À déterminer
Tableau 1 : Modules Wi-Fi industriels Panasonic les plus récents pour les nouvelles conceptions
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