Wi-Fi/Bluetooth-Kombination für eine einfache Implementierung von IoT-Vernetzung

Die HF-Schaltkreisentwicklung gilt immer noch als Beschwörung einer Kombination aus Magie und Kunstfertigkeit. Trotz hochentwickelter Modellierungs- und Simulationswerkzeuge kann es bei der tatsächlichen Realisierung von HF-Hardware immer noch zu vielen Überraschungen kommen. Diese Überraschungen erfordern Erfahrung und Fähigkeiten bei der Untersuchung, Prüfung und Fehlersuche, um die heutigen Leistungs- und Gleichstromverbrauchskriterien zu erfüllen.

Die Erfüllung dieser Kriterien mit einem handwerklichen Ansatz ist eine Herausforderung, aber für Frequenzen bis zu mehreren hundert Megahertz (MHz) durchaus machbar. Darüber hinaus stoßen handwerkliche Ansätze aufgrund knapper Budgets, kurzer Markteinführungszeitfenster, gesetzlicher Vorschriften und steigender Leistungsanforderungen der Endnutzer an ihre Grenzen.

Die heutigen Entwürfe für drahtlose Verbindungen müssen folgendes beinhalten:

• Hervorragende Performance bei der Unterstützung mehrerer Funkbänder
• Implementierung von Wi-Fi- und Bluetooth-Vernetzung
• Minimaler Aufwand für Entwicklung, Fehlersuche und Integration
• Minimaler Platzbedarf auf der Leiterplatte und minimale DC-Leistung
• Kompatibilität mit einschlägigen technischen IEEE-Normen für drahtlose Kommunikation
• Erfüllung der zahlreichen strengen behördlichen Auflagen für Parameter wie bandexterne Emissionen, elektromagnetische Störungen (EMI) und Hochfrequenzstörungen (RFI)
• In großen Mengen und zu niedrigen Kosten herstellbar sein (ohne manuelle Nachbearbeitung)

Eine Eigenentwicklung mit diskreten Komponenten kann diese Anforderungen nicht erfüllen. Neben der damit verbundenen manuellen Abstimmung und Fertigung stellen Diskrepanzen ein zusätzliches Problem in Bezug auf Platz, Kosten, Bestand und Beschaffung dar.

Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung von Chipsätzen mit ICs von einem oder mehreren Anbietern. Allerdings kann es entmutigend sein, diese unabhängigen ICs und die zugehörigen diskreten Bauelemente zusammenzubringen, und das Bestehen der Tests für die behördliche Zulassung erhöht das Problem der Markteinführung zusätzlich.

Leistungsstarke ICs bieten Funktionalität, Merkmale und Komfort

Glücklicherweise hat sich die Herausforderung mit der Vernetzung vereinfacht. Ein gutes Beispiel ist die Familie AIROC CYW5557x mit kombinierten Wi-Fi- und Bluetooth-Systemen auf einem Chip (SoCs) von Infineon Technologies AG (Abbildung 1). Diese bieten eine nahtlose, leistungsstarke IoT-Vernetzung (IoT = Internet der Dinge) bei gleichzeitiger Minimierung der Betriebsleistung.

Abbildung 1: Die Familie CYW5557x kombiniert Wi-Fi- und Bluetooth-Vernetzung für IoT-Geräte. (Bildquelle: Infineon Technologies)

Die Mitglieder der Familie unterstützen Wi-Fi 6/6E-Funktionen mit Dreiband-Fähigkeit (2,4 GHz, 5 GHz und 6 GHz) und sind sowohl mit Antennenarray-Konfigurationen von 1×1 SISO (Single-Input, Single-Output) als auch mit 2×2 MIMO (Multiple-Input, Multiple-Output) erhältlich. Die Familie verfügt außerdem über eine integrierte Energiemanagementeinheit (PMU).

Das Wi-Fi-Funkgerät wird über eine PCIe-v3.0-Gen2- oder eine SDIO-3.0-Schnittstelle mit dem Host-Prozessor verbunden, während die Bluetooth-Host-Schnittstelle eine 4-Draht-Highspeed-UART-Schnittstelle verwendet. Zusätzlich unterstützt der Chip CYW5557x PCM- und I²S-Schnittstellen für Bluetooth-Audio-Anwendungen und Koexistenz-Schnittstellen für externe LTE- und IEEE802.15.4-Chips.

Der CYW55572 unterstützt:

• Wi-Fi 6 (2,4 GHz, 5 GHz), 2×2 MIMO, Version 1 und 2: Orthogonaler Frequenzmultiplex-Vielfachzugriff (OFDMA), Mehrbenutzer-MIMO (MU-MIMO), Zielwartezeit (TWT) und Doppelträgermodulation (DCM)
• 20/40/80-MHz-Kanäle, 1024 Quadratur-Amplituden-Modulation (QAM) und eine Datenrate der physikalischen Schicht (PHY) von bis zu 1,2 Gigabit pro Sekunde (Gbit/s)
• Verbesserte Reichweite, Energieeinsparungen und Netzwerkeffizienzfunktionen
• Mehrschichtige Sicherheit für den Schutz der einzelnen Teilsysteme während des gesamten Produktlebenszyklus
• Intelligente Koexistenz zwischen Wi-Fi und Bluetooth oder externen LTE- oder 15.4-Funkgeräten
• Bluetooth 5.3, Dual-Mode-Betrieb
• LE-Audio mit Auracast-Übertragung
• Eine Bluetooth-Sendeoption von 20 Dezibel, bezogen auf 1 Milliwatt (dBm), 13 dBm oder 0 dBm

Ein ähnliches Familienmitglied, der Chip CYW55573, unterscheidet sich vom CYW55572 vor allem dadurch, dass er Wi-Fi 6/6E-Dreiband-WiFi-Vernetzung (2,4 GHz, 5 GHz und 6 GHz) bietet.

Die Vorteile der CYW5557x-Familie gehen über die oben genannten grundlegenden Unterstützungsfunktionen hinaus, indem sie Folgendes bieten:

• Extrem niedrige Latenzzeit und ein virtueller, simultaner Zweibandbetrieb für nahtloses Audio- und Video-Streaming
• Reichweitenerhöhung, um sicherzustellen, dass die Geräte mit einem entfernten Zugangspunkt verbunden bleiben
• Verbesserte Funktionen für die Netzwerkstabilität, um das beste Streaming von Video/Audio in überlasteten oder überlappenden Netzwerkumgebungen zu gewährleisten
• Erweiterte Stromsparfunktionen zur Maximierung der Akkulaufzeit
• Netzwerk-Offload zur Senkung des Stromverbrauchs des Systems
• Mehrschichtige Sicherheit für den Schutz der einzelnen Teilsysteme während des gesamten Produktlebenszyklus

Außerdem arbeiten sie in einem Temperaturbereich von -40°C bis +85°C und sind in FCBGA-, WLCSP- und WLBGA-Gehäusen erhältlich.

Keine Notwendigkeit, ein komplexes Rad neu zu erfinden

Die CYW5557x-Chipsätze sind funktional vollständig, dennoch benötigt jedes Design zugehörige Komponenten, einschließlich eines DC/DC-Reglers, passive Bauteile zur Überbrückung und ein geeignetes Platinenlayout.

Anstatt eine neue Platine von Grund auf zu entwerfen, können Sie auf behördlich zertifizierte, produktionsfertige Module zurückgreifen, um die Markteinführung zu beschleunigen. Installieren Sie einfach die Verbindungssoftware, überprüfen Sie den Entwurf und gehen Sie in Produktion.

Mit dem 2EA-M.2-Evaluierungsmodul EAR00413 von Embedded Artists AB (das gemeinsam mit Murata Electronics unter Verwendung des 2EA-Moduls entwickelt wurde) können Sie beispielsweise schnell und einfach mit der Anwendungsentwicklung beginnen (Abbildung 2). Diese PCIe-kompatible Schnittstellenkarte hat einen M.2-Formfaktor (22 × 44 mm), verwendet den Chipsatz AIROC CYW55573 und unterstützt die Vernetzung über Wi-Fi 6E, 802.11 a/b/g/n/ac/ax 2x2 MIMO und Bluetooth 5.2.

Abbildung 2: Das Evaluierungsboard EAR00413 für den AIROC CYW55573 hat einen M.2-Formfaktor. (Bildquelle: Embedded Artists AB)

Das Board ist eine sofort einsetzbare zertifizierte Lösung in einem standardisierten Formfaktor, bietet Zugang zu gut gepflegten Softwaretreibern (Linux SDK) und verfügt über zusätzliche Unterstützung von Embedded Artists, einschließlich erweiterter Debugging-Unterstützung.

Ein weiterer Vorteil ist, dass HF-Kenntnisse keine Voraussetzung sind. Das Datenblatt berücksichtigt spezifische Single- und Multiband-SISO- und -MIMO-Antennen von Drittanbietern.

Fazit

Die Implementierung und Unterstützung einer leistungsstarken, stromsparenden Datenverbindung für die neuesten Versionen von Wi-Fi und Bluetooth ist eine Herausforderung für Design und Debugging. Die hochintegrierten Wi-Fi/Bluetooth-Kombi-SoCs CYW5557x von Infineon Technologies vereinfachen zusammen mit Modul- und Software-Unterstützung von Drittanbietern den Prozess und verkürzen die Markteinführungszeit für IoT-Designs.