Implementare un modulo combo Wi-Fi/Bluetooth completo per semplificare la connettività IoT

Cosa significa ciclo di feedback positivo tra tecnologia e progressi dei prodotti: i progressi tecnologici aumentano la domanda di mercato che a sua volta stimola ulteriori progressi. Il ciclo si ripete e i componenti e i prodotti costosi e rari diventano rapidamente beni economici. Pensate ai personal computer, agli smartphone e ai televisori a schermo piatto.

Questo si vede anche nella connettività wireless dell'Internet delle cose (IoT). La progettazione e la realizzazione di funzioni wireless, anche per applicazioni di piccola serie, tende a essere appannaggio di pochi "maghi" della radiofrequenza. Tra questi vi sono gli specialisti che possono progettare circuiti in grado di funzionare a poche centinaia di megahertz e le aziende che li producono, spesso a costi relativamente elevati. Ultimamente sono rimasto stupito dalla disponibilità di circuiti integrati RF completi in gamma gigahertz (GHz) che possono aiutare a implementare rapidamente una connettività wireless molto sofisticata e a basso costo, con un ingombro minimo e funzionalità eccezionali.

Fornitore e utente danno spesso un'intepretazione diversa del termine "completo". Sebbene ogni dispositivo attivo necessiti di una sorgente di alimentazione e in genere di condensatori di bypass, per il corretto funzionamento, i progettisti potrebbero dover aggiungere altri componenti attivi e passivi. La completezza dipende dunque da quali e quanti componenti.

I moduli completi semplificano la conformità alle normative

Per le funzioni RF, la completezza del dispositivo non è solo una comodità. Una soluzione RF completa può eliminare due delle principali sfide della progettazione RF:

• Garantire la conformità ai complessi requisiti funzionali degli standard wireless supportati dal circuito

• Soddisfare le numerose e severe normative in materia di emissioni fuori banda (OOB), interferenze elettromagnetiche (EMI) e interferenze a radiofrequenza (RFI) per snellire il processo di certificazione dei prodotti

Questi problemi di progettazione si complicano quando il circuito e la funzione del collegamento wireless devono supportare più versioni di un singolo standard, come le numerose varianti del Wi-Fi (IEEE 802.11xx). La complessità aumenta quando deve supportare standard diversi, come il Bluetooth. Anche i progettisti più esperti sono cauti nello sviluppare un collegamento RF completo per soddisfare un singolo standard industriale. Soddisfare più standard wireless in un unico chip è una sfida ancora più rischiosa.

I moduli offrono una soluzione completa

Una possibile soluzione viene offerta dal porodotto di Murata Electronics: Type 2BZ (LBEE5XV2BZ-883), una WLAN (Wireless Local Area Network) Wi-Fi dual-band 2,4 GHz e 5 GHz e un modulo transceiver Bluetooth. Questa soluzione combinata supporta il Wi-Fi 802.11a/b/g/n/ac con ingresso multiplo 2×2 e uscita multipla (MIMO), nonché il Bluetooth 5.2 basic rate (BR), enhanced data rate (EDR) e low energy (LE). La velocità di trasmissione dei dati a livello fisico (PHY) arriva a 866 megabit al secondo (Mbps) per il Wi-Fi e a 3 Mbps per il Bluetooth.

Le applicazioni target includono dispositivi con requisiti di dimensioni e di consumo di energia, come i nodi IoT, i sistemi wireless portatili, la domotica, i gateway e altri dispositivi che devono soddisfare gli standard FCC/CE/IC/TELEC. Il modulo a montaggio superficiale completamente schermato pesa solo 0,36 grammi (g), ha un ingombro di soli 11,4 × 8,9 millimetri (mm) e un'altezza di 1,4 mm (Figura 1).

Figura 1: LBEE5XV2BZ-883, completamente schermato, è un modulo transceiver combinato per Wi-Fi e Bluetooth che semplifica l'implementazione della connettività wireless. (Immagine per gentile concessione di Murata Electronics)

LBEE5XV2BZ è basato sul SoC AIROC CYW54590 di Infineon Technologies. CYW54590 comprende gli amplificatori di potenza RF del trasmettitore (PA) e gli amplificatori a basso rumore del ricevitore (LNA) (Figura 2). Il modulo risolve i problemi critici di accoppiamento RF, filtraggio e interfacciamento dell'antenna. È in grado di eliminare le numerose sfide associate alla creazione e alla certificazione di un circuito RF e del relativo software.

Figura 2: Il modulo Type 2BZ è basato sul SoC combo CYW54590 Wi-Fi 5 e Bluetooth 5.1 con PA e LNA integrati. (Immagine per gentile concessione di Infineon Technologies)

Il modulo supporta fino a tre antenne: una per Bluetooth e due per Wi-Fi. Inoltre, il percorso condiviso del segnale di ricezione Bluetooth e WLAN elimina la necessità di uno splitter di potenza esterno, mantenendo un'eccellente sensibilità sia per Bluetooth che per Wi-Fi.

CYW54590 integra molto più di una funzione RF completa. La sezione WLAN supporta un'interfaccia SDIO standard, mentre la sezione Bluetooth supporta un'interfaccia Host Controller Interface (HCI) a quattro fili ad alta velocità, UART e modulazione a codice di impulsi (PCM) per i dati audio (Figura 3).

Figura 3: Il modulo Type 2BZ implementa l'interfaccia completa tra il processore host e fino a tre antenne per le funzionalità Wi-Fi e Bluetooth. (Immagine per gentile concessione di Murata Electronics)

Altrettanto critico è il firmware operativo embedded. CYW54590 implementa meccanismi hardware e algoritmi di coesistenza altamente sofisticati e collaborativi per ottimizzare la connettività Wi-Fi e Bluetooth simultanea.

Un altro modulo di Murata, LBEE5XV1XA-540, aggiunge le funzionalità Real Simultaneous Dual Band (RSDB) per supportare due reti Wi-Fi simultanee, una nella banda a 2,4 GHz e l'altra a 5 GHz. Basato sul SoC AIROC CYW54591RKUBGT di Infineon, LBEE5XV1XA-540 riduce la latenza nelle applicazioni di streaming video/audio o gateway.

La completezza di questi moduli è dimostrata dal numero minimo di componenti esterni richiesti: alcuni condensatori di bypass/disaccoppiamento standard e alcune resistenze di pullup per le linee dati SDIO. Il requisito di due soli rail di alimentazione, uno da 3,3 volt (nominali) per il funzionamento e l'altro da 1,8 o 3,3 volt per le linee di I/O, semplifica inoltre la progettazione.

Conclusione

Per incorporare un'interfaccia Wi-Fi e Bluetooth sofisticata, multibanda e multiformato, i progettisti non hanno più bisogno di competenze avanzate in materia di circuiti e sistemi RF. Il modulo transceiver Wi-Fi/Bluetooth Type 2BZ di Murata Electronics, con il suo SoC combinato CYW54590, le interfacce di adattamento e filtraggio RF e l'antenna, offre una soluzione drop-in che soddisfa i requisiti normativi e funzionali.