Разработка модуля Wi-Fi на базе беспроводной SoC, соответствующей новейшим стандартам Wi-Fi, может быть сложной и дорогостоящей задачей, поэтому выбор предварительно сертифицированного модуля — самый простой способ быстро вывести продукт на рынок.
При проектировании печатной платы, содержащей высокопроизводительную миниатюрную беспроводную SoC, важна каждая деталь, от целостности сигнала на высокоскоростной цифровой шине ввода-вывода, передающей данные на приемопередатчик, до согласования импеданса между выходным ВЧ-контактом и антенной. Для выявления проблем на ранних этапах и предотвращения трудностей в дальнейшем требуются специальные знания в области радиочастот. Кроме того, разработка Wi-Fi требует дорогостоящего тестового оборудования. В отличие от этого, радиосхема уже оптимизирована в модуле, что также помогает исключить потенциальные проблемы на этапе разработки. Это приводит к значительной экономии средств.

Сертификация обходится дорого.
Продукты, поставляемые с передатчиком, должны гарантировать их гармоничную работу с другими устройствами в общей среде. Эта гармоничность достигается посредством сертификации продукта, которая проводится после тщательного радиотестирования в соответствии с применимыми местными правилами. Конечно, это также относится к продуктам, содержащим приемопередатчик Wi-Fi. Фактически, стоимость полной сертификации, как правило, выше для Wi-Fi, учитывая специфику технологии. Продукт Wi-Fi должен демонстрировать оптимальные радиохарактеристики при размещении рядом с другими продуктами в тех же сетях Wi-Fi или в разных, но расположенных рядом сетях Wi-Fi. Кроме того, устройство Wi-Fi должно также гарантировать, что оно не создает помех для других технологий диапазона ISM, таких как Bluetooth, Zigbee, Thread или других проприетарных стеков беспроводных протоколов. Кроме того, плохо спроектированное устройство Wi-Fi очень подвержено помехам или само подвергается помехам со стороны мобильных радиостанций LTE или радаров, работающих в диапазоне 5 ГГц, для использования в гражданских или военных целях.

Ситуация еще больше осложняется глобальными разногласиями по поводу использования диапазона 6 ГГц в контексте технологий ISM-диапазона, таких как Wi-Fi и Bluetooth. Например, в то время как Соединенные Штаты разрешили использование всей полосы пропускания 1200 МГц для приложений ISM, Европейский союз открыл только 480 МГц в нижнем диапазоне 6 ГГц. Преодоление глобальных нормативных препятствий часто оказывается самой большой скрытой статьей расходов при проектировании оборудования. Работа с испытательными лабораториями для прохождения нормативных испытаний также увеличивает трудозатраты. Все это вносит свой вклад в общую стоимость разработки. Использование предварительно сертифицированных беспроводных модулей значительно упрощает этот процесс. Разработчикам системы достаточно просто повторно использовать лицензию, выданную производителю модуля, для безопасной интеграции беспроводной функциональности.

Выбор подходящего модуля Wi-Fi.
Выбор модуля Wi-Fi может зависеть от множества факторов, включая:
- Архитектуру.
Модуль может иметь открытый прикладной процессор для размещения сетевого стека, а также встроенного приложения IoT, работающих в контексте ограниченной операционной системы реального времени (RTOS). Или модуль может выступать в качестве сетевого сопроцессора (NCP), который управляет связью Wi-Fi, но требует наличия хост-процессора для управления сетью. Последний вариант обычно требует полноценной операционной системы (Windows или Linux). Однако все чаще производители устройств также могут взаимодействовать с NCP через стек TCP/IP, работающий поверх какой-либо операционной системы реального времени (например, FreeRTOS).
- Множество беспроводных протоколов.
Проект может потребовать различных вариантов подключения. В зависимости от выполняемой задачи можно выбрать однопротокольный модуль, только Wi-Fi, или многопротокольное решение, поддерживающее ячеистую сеть на основе Bluetooth и 802.15.4. За небольшую дополнительную плату многопротокольное решение обеспечивает тесную интеграцию и лучшее управление сосуществованием по сравнению с дискретным решением на основе нескольких SoC/модулей.

Рисунок 1 PAN9019: Сертифицированный радиомодуль, содержащий подсистемы двухдиапазонного Wi-Fi 6 и Bluetooth 5.4.

- Интерфейсы связи:
Каждое устройство и приложение имеют свои уникальные возможности и требования к беспроводному подключению. В то время как одному устройству может потребоваться передача нескольких гигабит по беспроводному каналу для потоковой передачи видео 4K, другому устройству может потребоваться всего несколько килобит для передачи данных с датчиков или дистанционного управления исполнительным механизмом. Доступные варианты отражают это разнообразие приложений. Таким образом, некоторые беспроводные модули поддерживают высокоскоростные интерфейсы связи, такие как SDIO и PCIe, подходящие для приложений с очень высокой производительностью передачи данных, в то время как другие решения оптимизированы для приложений с ограниченным энергопотреблением и используют такие интерфейсы, как SPI, I2C и UART, для подключения датчиков.
- Варианты антенн:
Антенна является важнейшим элементом беспроводной конструкции. Она действует как преобразователь, преобразуя токи и напряжения, получаемые от приемопередатчика, в электромагнитную энергию, излучаемую беспроводной технологией, и наоборот. Неоптимальная антенна может сделать продукт полностью непригодным для использования. Поэтому выбор антенны обычно определяется конечным дизайном продукта. В то время как некоторые разработчики предпочитают компактные конструкции антенн, интегрированные в печатную плату, другие используют внешние антенны для улучшения зоны покрытия. Важно помнить, что антенна является неотъемлемой частью конфигурации передатчика и, следовательно, напрямую связана с сертификацией беспроводного модуля в соответствии с нормативными требованиями. Вывод: обращайте внимание на детали при выборе антенны! Модули могут поставляться со встроенной антенной или с сертифицированным эталонным дизайном, который позволяет пользователям скопировать точную конструкцию и повторно использовать сертификацию. Конечная цель всегда заключается в достижении оптимального радиопокрытия для данной конструкции, что может потребовать модификации антенн и соответствующей сертификации.

Что ожидать от поставщика модулей Wi-Fi?
В сфере Интернета вещей (IoT) внедрение Wi-Fi часто имеет решающее значение. Поэтому поставщик модулей должен предлагать определенные основные преимущества:
- Поддержка проектирования оборудования.
Радиочастотные схемы часто преподносят неприятные сюрпризы, когда их меньше всего ожидаешь. Именно на этом этапе поддержка инженеров с ценным опытом в проектировании модулей Wi-Fi имеет решающее значение для достижения быстрого цикла проектирования. Поставщик модулей может помочь различными способами: проверка проекта печатной платы, согласование входного импеданса антенны, рекомендации по размещению модуля или антенны для лучшего покрытия и т. д.
- Добавление новых нормативных областей и антенн.
Как упоминалось ранее, одним из главных преимуществ использования модулей Wi-Fi является простота получения нормативной сертификации для радиофункциональности. Поэтому поставщики должны иметь комплексную стратегию регулирования для обеспечения гибкости проектирования, включая несколько областей для охвата большего числа рынков и несколько типов антенн.
В некоторых случаях сертифицированная антенна на модуле может оказаться неадекватной для требуемых радиохарактеристик, что потребует использования другой антенны. В других случаях продукт может быть ориентирован на новый рынок, для которого у поставщика модулей отсутствуют разрешения и/или протоколы испытаний. В таких случаях требуется поддержка поставщика модуля для добавления новой области регулирования к существующему списку сертификаций или для сертификации совершенно нового типа антенны. Поставщики модулей могут оказать поддержку, проведя тестирование на соответствие новым нормативным требованиям и выпустив авторизованное уведомление об изменении для первоначальной сертификации.
- Устранение неполадок программного обеспечения:
Интеграция драйвера Wi-Fi во встроенную платформу является одним из наиболее важных вопросов на протяжении всего жизненного цикла программного обеспечения проекта. Рассмотрим, например, протокол сетевой связи (NCP) для встроенного устройства на базе Linux. Стандартной практикой для поставщиков беспроводных полупроводников является периодический выпуск версий драйверов, протестированных с последним стабильным ядром Linux. Кроме того, беспроводные драйверы требуют исправлений для устранения уязвимостей безопасности. Обновление до новой версии, особенно для беспроводных устройств с контроллерами, находящимися «вне дерева», иногда может привести к неожиданному поведению продукта. Именно здесь поддержка со стороны поставщика модуля — будь то информирование об обнаруженных уязвимостях и наличии исправлений безопасности или проактивное устранение неполадок и анализ первопричин во время интеграции контроллера — может значительно способствовать бесперебойному управлению проектом. То же самое относится и к беспроводному модулю, разработанному на основе встроенного беспроводного микроконтроллера.

— Обеспечьте полную поддержку всей цепочки поставок.
Некачественная оценка цепочки поставок может испортить исключительную конструкцию печатной платы. Отсутствие даже небольшого, казалось бы, незначительного компонента, такого как резистор, может задержать производство, но альтернатива должна быть доступна. Однако сертифицированный радиомодуль является одним из наиболее важных компонентов, поскольку он неразрывно связан с декларациями конечного продукта, предоставляемыми производителем регулирующим органам. Следовательно, перепроектирование продукта может быть невозможно, что, несомненно, обойдется очень дорого. Именно здесь полная поддержка компетентного и преданного своему делу поставщика модулей обеспечивает ощутимую ценность. Темы могут включать: консультации по технологиям для понимания оптимального дизайна платформы; управление жизненным циклом продукта; и прогнозирование производства. Для обеспечения прозрачности в цепочке поставок могут потребоваться заводские аудиты.

Panasonic Industry
Europe — признанный поставщик решений для беспроводной связи ближнего радиуса действия, в портфолио которого входят Wi-Fi, Bluetooth и другие сетевые технологии. Ее беспроводные модули и сетевые карты сертифицированы в соответствии с требованиями различных нормативных актов, включая США, Европу, Канаду, Японию и другие страны Азиатско-Тихоокеанского региона. Эти сертификаты также распространяются на широкий спектр типов антенн, включая сертифицированные эталонные антенны от множества известных производителей. Компания также поддерживает проекты IoT благодаря экосистеме партнеров, которые занимаются антеннами, встроенным программным обеспечением и собственными стеками беспроводных протоколов.
Портфолио беспроводных модулей Panasonic Industry охватывает несколько поколений Wi-Fi, от Wi-Fi 4 до Wi-Fi 6/6E. Модули Wi-Fi 7 входят в планы компании на будущее. Модули разрабатываются и производятся в Европе на предприятии, полностью принадлежащем Panasonic. 

* Планируется определить позже.
Таблица 1: Новейшие модули Wi-Fi от Panasonic для новых разработок.
Для получения полного руководства по освоению новой эры Wi-Fi загрузите технический документ.