Conceber um módulo front-end Wi-Fi utilizando um SoC sem fios baseado nos mais recentes padrões Wi-Fi pode ser complexo e dispendioso, pelo que escolher um módulo pré-certificado é a forma mais simples de chegar ao mercado rapidamente.
Ao projetar uma placa de circuito impresso contendo um SoC sem fios miniaturizado de alto desempenho, todos os detalhes são importantes, desde a integridade do sinal no barramento de E/S digital de alta velocidade que transporta os dados para o transcetor até à adaptação de impedância entre o pino de saída de RF e a antena. É necessário conhecimento especializado em RF para identificar problemas precocemente e evitar dificuldades posteriores. Além disso, o desenvolvimento Wi-Fi requer equipamentos de teste dispendiosos. Em contraste, o design de rádio já foi otimizado num módulo, o que também pode ajudar a eliminar potenciais problemas do ciclo de desenvolvimento. Isto resulta em poupanças significativas de custos.

A certificação é cara.
Os produtos enviados com um transmissor devem garantir que funcionam em harmonia com outros dispositivos num ambiente partilhado. Esta harmonia é conseguida através da certificação do produto, após rigorosos testes de rádio em conformidade com as normas locais aplicáveis. Obviamente, isto também se aplica a produtos que contenham um transceptor Wi-Fi. Aliás, os custos para obter a certificação completa tendem a ser mais elevados para o Wi-Fi, dada a natureza da tecnologia. Um produto Wi-Fi deve apresentar um desempenho rádio ideal quando colocado ao lado de outros produtos na mesma rede Wi-Fi ou em redes Wi-Fi diferentes, mas localizadas no mesmo ponto. Além disso, o dispositivo Wi-Fi também deve garantir que não interfere com outras tecnologias de banda ISM, como Bluetooth, Zigbee, Thread ou outras pilhas de protocolos sem fios proprietárias. Ademais, um dispositivo Wi-Fi mal concebido é altamente suscetível a interrupções ou a ser interrompido por rádios móveis LTE ou radares que operam em bandas de 5 GHz para utilização em aplicações civis ou militares.

A situação foi ainda mais complicada pela discordância global sobre a forma de utilizar a banda dos 6 GHz no contexto das tecnologias da banda ISM, como o Wi-Fi e o Bluetooth. Por exemplo, enquanto os Estados Unidos permitiram a utilização de toda a largura de banda de 1200 MHz para aplicações ISM, a União Europeia apenas libertou 480 MHz na faixa inferior de 6 GHz. Ultrapassar os obstáculos regulamentares globais acaba muitas vezes por ser o maior custo oculto no design de hardware. Trabalhar com os laboratórios de testes para obter a aprovação nos testes regulamentares aumenta o esforço. Tudo isto contribui para o custo total de desenvolvimento. A utilização de módulos sem fios pré-certificados elimina grande parte desta dificuldade. Os designers de sistemas apenas precisam de reutilizar a licença emitida para o fabricante do módulo para integrar a funcionalidade sem fios de forma segura.

Escolha do Módulo Wi-Fi Certo
A escolha do módulo Wi-Fi pode ser orientada por diversos fatores, incluindo:
- Arquitetura
Um módulo pode ter um processador de aplicação aberto para alojar a pilha de rede, bem como a aplicação IoT incorporada, tudo executado no contexto de um RTOS (sistema operativo de tempo real) restrito. Ou o módulo pode atuar como um coprocessador de rede (NCP) que gere a comunicação Wi-Fi, mas requer um processador host para a gestão da rede. Este último requer geralmente um sistema operativo completo (Windows ou Linux). No entanto, cada vez mais, os fabricantes de dispositivos também conseguem integrar o NCP com uma pilha TCP/IP executada sobre algum tipo de sistema operativo de tempo real (por exemplo, FreeRTOS).
- Múltiplos Protocolos Sem Fios
Um projeto pode exigir várias opções de conectividade. Dependendo da função a desempenhar, pode escolher entre um módulo de protocolo único, apenas Wi-Fi, ou uma solução multiprotocolo que suporte conectividade mesh baseada em Bluetooth e 802.15.4. Por um pequeno custo adicional, a solução multiprotocolo oferece uma integração robusta e uma melhor gestão de coexistência em comparação com uma solução discreta de múltiplos SoCs/módulos.

Figura 1 PAN9019: Um módulo de rádio certificado contendo os subsistemas de banda dupla WiFi 6 e Bluetooth 5.4.

- Interfaces de Comunicação:
Cada dispositivo e aplicação tem as suas próprias capacidades e requisitos únicos de conectividade sem fios. Enquanto um dispositivo pode necessitar de transmitir vários gigabits através de uma ligação sem fios para transmitir vídeo 4K, outro pode necessitar apenas de alguns kilobits para reportar dados de sensores ou controlar remotamente um atuador. As opções disponíveis refletem esta diversidade de aplicações. Assim, alguns módulos sem fios suportam interfaces de comunicação de alta velocidade, como SDIO e PCIe, adequadas para aplicações de transmissão de dados de muito alto desempenho, enquanto outras soluções são otimizadas para aplicações com restrições de energia, utilizando interfaces como SPI, I2C e UART para ligar sensores.
- Opções de Antena:
A antena é um elemento crucial num projeto sem fios. Atua como um transdutor, convertendo as correntes e tensões recebidas do transcetor em energia eletromagnética irradiada pela tecnologia sem fios e vice-versa. Uma antena inadequada pode tornar um produto completamente inutilizável. Portanto, a seleção da antena é geralmente ditada pelo design final do produto. Enquanto alguns designers preferem designs de antenas compactos integrados na placa de circuito impresso (PCB), outros utilizam antenas montadas externamente para melhorar a cobertura. É importante lembrar que a antena é parte integrante da configuração do transmissor e, portanto, está explicitamente ligada à certificação regulamentar do módulo sem fios. Lição: Tenha atenção aos detalhes ao escolher uma antena! Os módulos podem vir com uma antena integrada ou com um projeto de referência certificado que permite aos utilizadores copiar o projeto exato e reutilizar a certificação. O objetivo final é sempre alcançar a cobertura rádio ideal para um determinado projeto, o que pode exigir a modificação das antenas e da certificação associada.

O que esperar de um fornecedor de módulos Wi-Fi?
Na IoT, a implementação de Wi-Fi é frequentemente crítica. Assim sendo, um fornecedor de módulos deve oferecer determinados valores essenciais:
- Suporte ao design de hardware:
Os projectos de RF podem frequentemente apresentar surpresas desagradáveis, precisamente quando menos se espera. É nesta fase que o apoio de engenheiros com uma experiência valiosa no design de módulos Wi-Fi é crucial para alcançar um ciclo de design rápido. Um fornecedor de módulos pode ajudar de diversas formas: revendo o design da placa de circuito impresso (PCB), ajustando a impedância de entrada da antena, recomendando o posicionamento do módulo ou da antena para uma melhor cobertura, etc.
- Adição de novos domínios regulamentares e antenas:
Como referido anteriormente, uma das principais vantagens da utilização de módulos Wi-Fi é a facilidade de obter a certificação regulamentar para a funcionalidade de rádio. Por conseguinte, os fornecedores devem ter uma estratégia regulamentar abrangente para garantir a flexibilidade de design, incluindo múltiplos domínios para cobrir mais mercados e múltiplos tipos de antenas.
Em alguns casos, uma antena certificada no módulo pode revelar-se inadequada para o desempenho rádio necessário, exigindo a utilização de uma antena diferente. Noutros casos, um produto pode ser direcionado para um novo mercado para o qual o fornecedor do módulo não tem aprovação e/ou relatórios de teste. Nestes casos, é necessário o suporte do fornecedor do módulo para adicionar um novo âmbito regulamentar à lista existente de certificações ou para certificar um tipo de antena totalmente novo. Os fornecedores de módulos podem prestar apoio realizando testes para as novas regulamentações e emitindo uma notificação de alteração autorizada para a certificação original.
- Resolução de problemas de software:
Integrar o controlador Wi-Fi numa plataforma incorporada é uma das questões mais críticas ao longo do ciclo de vida do software de projeto. Considere, por exemplo, um Protocolo de Comunicação de Rede (NCP) para um dispositivo embebido baseado em Linux. É prática comum os fornecedores de semicondutores sem fios lançarem versões periódicas de controladores testados com o kernel Linux estável mais recente. Além disso, os controladores sem fios requerem patches para corrigir vulnerabilidades de segurança. A atualização para uma nova versão, especialmente para dispositivos sem fios com controladores "fora da árvore", pode por vezes fazer com que o produto apresente um comportamento inesperado. É aqui que o suporte de um fornecedor de módulos — seja através da comunicação sobre as descobertas de vulnerabilidades e a disponibilidade de patches de segurança, ou através da resolução de problemas proativa e da análise da causa raiz durante a integração do controlador — pode contribuir muito para uma gestão de projetos sem problemas. O mesmo se aplica a um módulo sem fios concebido em torno de um microcontrolador sem fios integrado.

- Garanta o suporte completo da cadeia de abastecimento.
Uma avaliação inadequada da cadeia de abastecimento pode arruinar um projeto de PCB excecional. A falta de um componente, mesmo que pequeno e aparentemente insignificante, como um resistor, pode atrasar a produção, mas deve estar disponível uma alternativa. No entanto, um módulo de rádio certificado é um dos componentes mais críticos, uma vez que está intrinsecamente ligado às declarações finais do produto feitas pelo fabricante às entidades reguladoras. Consequentemente, redesenhar o produto pode não ser possível, o que seria, sem dúvida, muito dispendioso. É aqui que o suporte completo de um fornecedor de módulos competente e empenhado acrescenta valor tangível. Os temas podem incluir: consultoria tecnológica para compreender o melhor projeto de plataforma; gestão do ciclo de vida do produto; e previsão de produção. As auditorias de fábrica podem ser necessárias para criar transparência na cadeia de abastecimento.

A Panasonic Industry
Europe é um fornecedor reconhecido de soluções de conectividade sem fios de curto alcance, com um portefólio que inclui Wi-Fi, Bluetooth e outras tecnologias de rede. Os seus módulos sem fios e placas de rede (NICs) estão certificados para diversas regulamentações, incluindo os Estados Unidos, Europa, Canadá, Japão e outros países da região Ásia-Pacífico. Estas certificações abrangem também uma grande variedade de tipos de antenas, com antenas de referência certificadas de diversos fornecedores de renome. A empresa também viabiliza projetos de IoT através de um ecossistema de parceiros que fornecem antenas, firmware embebido e protocolos sem fios proprietários.
O portefólio de módulos sem fios da Panasonic Industry abrange várias gerações de Wi-Fi, desde o Wi-Fi 4 até às soluções Wi-Fi 6/6E. Os módulos Wi-Fi 7 fazem parte do seu futuro roadmap. Os seus módulos são concebidos e fabricados na Europa, numa unidade própria da Panasonic. 

* Planeado tbd = a determinar
Tabela 1: Módulos Wi-Fi industriais mais recentes da Panasonic para novos projetos
Para um guia completo sobre como navegar na nova era do Wi-Fi, descarregue o whitepaper