Panasonic Industry
Avtor: Chetan Joshi, vodilni produktni vodja pri podjetju Panasonic Industry Europe
Če ste spregledali, so na voljo nove iteracije Wi-Fi omrežja, ki spreminjajo razpravo z uspešnosti posamezne radijske povezave na uspešnost omrežja. V standardih Wi-Fi 6, Wi-Fi 6E in kmalu ratificiranih standardih Wi-Fi 7 je bilo uvedenih veliko novih tehnik, ki izboljšujejo zmogljivost tako na ravni naprave kot na ravni omrežja.
Načrtovanje sprednjega dela Wi-Fi modula z uporabo brezžičnega SoC na podlagi novih Wi-Fi standardov je lahko zapleteno in drago, zato je izbira predhodno certificiranega modula najbolj enostaven način za hiter vstop na trg.
Pri načrtovanju tiskanega vezja, ki vsebuje visoko zmogljiv miniaturni brezžični SoC, je pomembna vsaka podrobnost – od celovitosti signala na hitrem digitalnem I/O vodilu, ki prenaša podatke do oddajnika, do impedančne uskladitve med RF izhodnim priključkom in anteno. Za zgodnje odkrivanje težav in izogibanje kasnejšim težavam je potrebno specializirano strokovno znanje na področju radijskih frekvenc. Poleg tega je za razvoj Wi-Fi omrežja potrebna draga preskusna oprema. Nasprotno pa je radijska zasnova že optimizirana v modulu, kar lahko prav tako pomaga odpraviti težave v razvojnem ciklu. To vodi do znatnih prihrankov pri stroških.
Certificiranje je drago
Izdelki, dobavljeni z oddajnikom, morajo delovati usklajeno z drugimi napravami v skupnem okolju. Harmonijo dosežemo po poti certificiranja teh izdelkov po strogem testiranju radia v skladu z lokalno veljavnimi predpisi. To seveda velja tudi za izdelke, ki vsebujejo Wi-Fi oddajnik. Dejansko so stroški postopka popolne certifikacije za Wi-Fi zaradi narave tehnologije praviloma dražji. Wi-Fi izdelek mora imeti optimalno radijsko obnašanje, ko je postavljen poleg drugih izdelkov v istem ali različnih, vendar sočasno nameščenih Wi-Fi omrežjih. Poleg tega mora Wi-Fi izdelek tudi zagotavljati, da ne moti drugih tehnologij v pasu ISM, kot so Bluetooth, Zigbee, Thread ali drugih lastniških brezžičnih skladov. Poleg tega je slabo zasnovana Wi-Fi naprava zelo dovzetna za motnje, ki jih povzročajo mobilni radii LTE ali radarji, ki delujejo v 5 GHz pasovih za uporabo v civilnih ali vojaških aplikacijah.
Razmere so se še poslabšale zaradi svetovnega nesoglasja o tem, kako uporabljati 6 GHz pas v okviru tehnologij v pasu ISM, kot sta Wi-Fi in Bluetooth. Medtem ko so na primer Združene države Amerike dovolile uporabo celotne pasovne širine 1.200 MHz za ISM aplikacije, je Evropska unija odprla le 480 MHz v spodnjem pasu 6 GHz. Premagovanje svetovnih regulativnih ovir je pogosto največji skriti strošek pri načrtovanju strojne opreme. Sodelovanje s preskusnimi laboratoriji, da bi opravili predpisane preskuse, je dodaten napor. Vse to poveča skupne stroške razvoja. Uporaba predhodno certificiranih brezžičnih modulov odpravi večino težav. Oblikovalci sistema preprosto ponovno uporabijo licenco, izdano proizvajalcu modula, za varno vključitev brezžične funkcije.
Izbira ustreznega Wi-Fi modula
Izbira ustreznega Wi-Fi modula je lahko odvisna od večjega števila dejavnikov, kot na primer:
Arhitektura
Modul ima lahko odprt aplikacijski procesor, ki gosti omrežni niz, in vgrajeno IoT aplikacijo, vse pa teče v okviru omejenega RTOS sistema. Lahko pa modul deluje kot omrežni koprocesor (NCP), ki skrbi za Wi-Fi komunikacijo, vendar potrebuje gostiteljski procesor za upravljanje omrežja. Slednje najpogosteje zahteva polni operacijski sistem (Windows ali Linux). Vendar pa so prodajalci naprav vse pogosteje sposobni povezati NCP s skladom TCP/IP, ki teče nad neko obliko operacijskega sistema v realnem času (npr. FreeRTOS).
Večje število brezžičnih protokolov
Za projekt je lahko potrebna vrsta možnosti povezovanja. Glede na vlogo, ki jo je treba opraviti, lahko izberete modul z enim samim protokolom, samo Wi-Fi, ali večprotokolno rešitev, ki podpira Bluetooth povezljivost in mrežno povezljivost na podlagi standarda 802.15.4. Večprotokolna rešitev za majhen pribitek ponuja tesno integracijo in boljše obvladovanje soobstoja v primerjavi z diskretno rešitvijo z več SoC/moduli.
Komunikacijski vmesniki
Vsaka naprava in aplikacija ima svoje edinstvene možnosti in zahteve glede brezžične povezave. Medtem ko mora ena naprava prek brezžične povezave za pretakanje 4k videoposnetkov prenesti več gigabitov, drugi napravi za sporočanje podatkov senzorja ali daljinsko upravljanje aktuatorja zadostuje le nekaj kilobitov. Različne možnosti odražajo raznolikost aplikacij. Tako obstajajo brezžični moduli, ki podpirajo hitre komunikacijske vmesnike, kot sta SDIO in PCIe, ki so primerni za aplikacije črpanja podatkov z zelo visoko zmogljivostjo, medtem ko so druge rešitve optimizirane za aplikacije z omejeno porabo energije, ki uporabljajo vmesnike, kot so SPI, I2C in UART, za povezavo senzorjev.
Izbora anten
Antena je pomemben dejavnik pri načrtovanju brezžičnega omrežja. Deluje kot pretvornik, ki pretvarja tokove in napetosti, prejete od oddajnika, v elektromagnetno energijo, ki jo oddaja brezžično omrežje – in obratno. Zaradi neuglašene antene je lahko izdelek popolnoma neuporaben. Zato izbiro antene pogosto narekuje zasnova končnega izdelka. Nekateri oblikovalci imajo raje kompaktne antene, vgrajene v tiskano vezje, drugi pa za boljšo pokritost uporabljajo zunanje antene, nameščene na priključkih. Ne smemo pozabiti, da je antena sestavni del nastavitve sevalnega elementa in je zato izrecno povezana z regulativnim certificiranjem brezžičnega modula. Lekcija: pri izbiri antene si oglejte drobni tisk! Moduli so lahko opremljeni z vgrajeno anteno ali s certificirano referenčno zasnovo, ki uporabnikom omogoča, da kopirajo natančno zasnovo in ponovno uporabijo dodelitev certifikata. Končni cilj je vedno doseči optimalno radijsko pokritost za določeno zasnovo, kar lahko zahteva spremembo anten in s tem povezano certificiranje.
Kaj pričakovati od nekega dobavitelja Wi-Fi modulov
V internetu stvari je implementacija Wi-Fi pogosto ključnega pomena. Zato mora prodajalec modulov zagotavljati nekatere ključne prednosti:
Podpora pri načrtovanju hardvera
RF projekti lahko pogosto prinesejo neprijetna presenečenja, ko jih najmanj pričakujemo. V tej fazi je podpora inženirjev z dragocenimi izkušnjami pri načrtovanju Wi-Fi modulov ključnega pomena za doseganje hitrega cikla načrtovanja. Prodajalec modulov lahko pomaga na različne načine: pregled postavitve tiskanega vezja, uskladitev vhodne impedance antene, priporočilo za namestitev modula ali antene za boljšo pokritost itd.
Dodajanje novih regulativnih področij in anten
Kot smo že omenili, je enostavnost pridobivanja regulativnih certifikatov za radijske funkcije ena od glavnih prednosti uporabe Wi-Fi modulov. Zato morajo imeti prodajalci široko regulativno strategijo za zagotavljanje prilagodljivosti zasnove, vključno z več domenami za pokrivanje več trgov; in več vrstami anten.
V nekaterih primerih je lahko certificirana antena na modulu neustrezna za zahtevano radijsko zmogljivost, zato je treba uporabiti drugo anteno, ki ni certificirana. V drugih primerih je izdelek lahko namenjen novemu trgu, za katerega prodajalec modula nima subvencije in/ali poročil o preskusih. V takih primerih je potrebna podpora prodajalca modula, da se na seznam že obstoječih certifikatov doda novo regulativno področje ali da se certificira popolnoma nov tip antene. Prodajalci modulov lahko pomagajo s testiranjem za nove predpise in izdajo pooblaščenega obvestila o spremembi prvotno podeljene certifikacije.
Problemi s programsko opremo
Integracija Wi-Fi gonilnika na ugnezdeni platformi je ena od najpomembnejših tem v celotnem življenjskem ciklu programske opreme projekta. Vzemimo primer NCP za ugnezdeno napravo, ki temelji na operacijskem sistemu Linux. Običajna praksa je, da proizvajalci brezžičnih polprevodnikov izdajajo periodične izdaje gonilnikov, preizkušenih na najnovejši stabilni različici jedra Linuxa. Prav tako je treba brezžične gonilnike popraviti zaradi varnostnih ranljivosti. Nadgradnja na novo izdajo, zlasti pri brezžičnih napravah z gonilniki „izven drevesa“, lahko včasih privede do nepričakovanega obnašanja izdelka. Prav tu lahko podpora prodajalca modula, bodisi s komunikacijo o odkritju ranljivosti in razpoložljivosti varnostnih popravkov, bodisi z aktivnim odpravljanjem težav in analizo vzrokov napak med integracijo gonilnika, močno pripomore k nemotenemu vodenju projekta. Enako velja tudi za brezžični modul, zasnovan na podlagi ugnezdenega brezžičnega mikrokontrolerja.
Zagotavljanje celovite podpore dobavni verigi
Slabo preverjanje dobavne verige lahko uniči sicer izjemno zasnovo tiskanega vezja. Pomanjkanje celo majhne in na videz nepomembne komponente, kot je upor, lahko zadrži proizvodnjo, vendar mora biti na voljo alternativa. Vendar je certificiran radijski modul ena od najbolj kritičnih komponent, saj je neločljivo povezan z izjavami o končnih izdelkih, ki jih proizvajalec predloži regulativnim organom. Zato preoblikovanje izdelka morda ne bo mogoče, vsekakor pa bo zelo drago. Tu je popolna podpora sposobnega in predanega prodajalca modulov prava vrednost. Teme lahko vključujejo: tehnološko svetovanje za razumevanje najboljše zasnove platforme, upravljanje življenjskega cikla izdelka in napovedovanje proizvodnje. Morda bodo potrebne revizije tovarn za vzpostavitev preglednosti v dobavni verigi.
Panasonic Industry Europe
Panasonic Industry Europe je priznani ponudnik rešitev za brezžično povezovanje na kratke razdalje s ponudbo, ki vključuje Wi-Fi, Bluetooth in druge omrežne tehnologije. Njegovi brezžični moduli in omrežne kartice imajo radijski certifikat za več regulativnih področij, vključno z ZDA, Evropo, Kanado, Japonsko in drugimi azijsko-pacifiškimi državami. Poleg tega ti regulativni certifikati zajemajo več različnih vrst anten, referenčne antene pa so certificirane pri več uglednih prodajalcih anten. Podjetje nadalje omogoča projekte interneta stvari prek ekosistema partnerjev, ki se ukvarjajo z antenami, ugnezdeno programsko opremo in lastniškimi brezžičnimi skladi.
Panasonicov portfelj brezžičnih modulov pokriva več Wi-Fi generacij, od Wi-Fi 4 do rešitev Wi-Fi 6/6E. Moduli Wi-Fi 7 so del prihodnjega načrta. Moduli so zasnovani in izdelani v Evropi v obratu, ki je v celoti v Panasonicovi lasti.
Celovit vodnik za navigacijo v novi dobi omrežja Wi-Fi najdete v članku „Demystifying Wi-Fi 6/6E/7“.
