物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，豐富了生活，也極大的推動(dòng)了社會(huì)科技的創(chuàng)新與人類社會(huì)的發(fā)展。與此同時(shí)，有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)的連接協(xié)議也層出不窮，如WiFi、BLE、Zigbee、LoRa、NB-IOT等，毫無疑問的是，wifi是連接協(xié)議中產(chǎn)品種類最豐富、發(fā)展最好的一個(gè)。WiFi芯片平臺(tái)也是種類眾多，如TI的CC3200、高通QCA4004、MTK的MT7688、樂鑫的ESP8266、瑞昱的RTL8710等;眾多的芯片方案在選擇的時(shí)候也會(huì)工程師帶來困擾。
USR-C322是有人物聯(lián)網(wǎng)推出的一款采用TI的CC3200方案的wifi模塊，其最大的特色在于其業(yè)界最低的功耗和TI作為全球工業(yè)半導(dǎo)體領(lǐng)導(dǎo)者的強(qiáng)大實(shí)力。下面，我們就從我司如何研發(fā)選型、到生產(chǎn)兩個(gè)方面，來一起目睹USR-C322的誕生。
wifi芯片到wifi模組的四個(gè)階段
整體導(dǎo)圖如下
由上圖可知，在研發(fā)過程中，主要涉及硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。
1、方案選型
在方案選型中，TI的CC3200方案wifi芯片是非常強(qiáng)大的，主頻高達(dá)80MHz，在網(wǎng)待機(jī)功耗卻可低至3.5mA，深度休眠模式可低至25uA，串口波特率最高支持到3Mbps，開放SDK，小尺寸，安全性強(qiáng)……并且因?yàn)門I是國際工業(yè)半導(dǎo)體的龍頭企業(yè)，其供貨量也會(huì)非常穩(wěn)定。這款業(yè)界功耗最低的wifi芯片，具備了一切wifi模塊該有的亮點(diǎn)，當(dāng)然，其價(jià)格也是最高的。在綜合考慮后，有人物聯(lián)網(wǎng)決定做一款可以完美應(yīng)用此方案的wifi模塊，因此選擇了TI的CC3200方案。
通用的來說，選擇一個(gè)合適的方案主要是要考慮功能、供貨和價(jià)格。經(jīng)過市場(chǎng)分析，從wifi模塊的功能考量、傳輸速率和功能接口出發(fā)，進(jìn)行選擇。接著考慮原廠，在這一點(diǎn)上，大家似乎都有一種共識(shí)，優(yōu)先選擇歐美芯片方案，歐美的芯片廠商歷史悠久，研發(fā)實(shí)力強(qiáng)勁，在供貨上也非常穩(wěn)定。就目前市場(chǎng)來看，低價(jià)的、不穩(wěn)定的wifi模塊居多，何不考慮一下價(jià)格稍微高一點(diǎn)的方案，開發(fā)出更好的wifi模塊。
2、原理圖設(shè)計(jì)
在選擇好芯片方案后，就就要進(jìn)行模組開發(fā)設(shè)計(jì)。模組研發(fā)設(shè)計(jì)最先做的工作就是，設(shè)計(jì)原理圖。
穩(wěn)定性：根據(jù)芯片廠商提供的芯片資料，按照規(guī)格要求設(shè)計(jì)出穩(wěn)定性高的原理圖。
成本優(yōu)勢(shì)： 原理圖有多種設(shè)計(jì)方案，但是不能忽視對(duì)成本考量。如兩層電路板設(shè)計(jì)，四層電路板設(shè)計(jì)都可以使用，四層電路板也更優(yōu)，但是價(jià)格就更貴。當(dāng)然這只是成本考慮的一個(gè)方面而已。
兼容設(shè)計(jì)：原理圖設(shè)計(jì)時(shí)的電磁兼容設(shè)計(jì)考慮，就是要考慮模組在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調(diào)、有效地進(jìn)行工作。目的就是確保模組既能抑制各種外來的干擾，使模組在特定的電磁環(huán)境中能夠正常工作，同時(shí)又能減少模組本身對(duì)其它電子設(shè)備的電磁干擾。電磁兼容設(shè)計(jì)考慮，涉及到整個(gè)模塊的穩(wěn)定性和性能。
量產(chǎn)難易程度：原理圖設(shè)計(jì)還要考慮日后是否方便加工，好加工也就意味著加工費(fèi)用少。如果設(shè)計(jì)的原理圖致使實(shí)際加工的良品率低的話，同樣會(huì)造成成本增加。
3、繪制PCB板
原理設(shè)計(jì)圖做好之后，就開始畫PCB圖了。繪制PCB板用什么程序和方法，在產(chǎn)品資料下載中都有詳述，這里就不具體說了。
4、PCB打樣
PCB稱為”印刷電路板”，由環(huán)氧玻璃樹脂材料制成，有不同信號(hào)層數(shù)，而芯片等貼片元件就貼在PCB上。
廠商選擇：對(duì)于PCB打樣，模組廠商如果尋找外部廠商，通常需要考慮這些廠商是否有模組PCB打樣經(jīng)驗(yàn)，廠商的設(shè)備是否滿足需要，廠商管理是否過硬等等。
工藝要求：如果模組PCB要多層打樣，就要找有多層PCB打樣經(jīng)驗(yàn)的廠家。
5、PCBA打樣
也就是說PCB空板經(jīng)過SMT上件,再經(jīng)過DIP插件的整個(gè)制程,簡稱PCBA，可能理解其為成品線路板。
6、調(diào)試
對(duì)于模組的調(diào)試，主要在于硬件電路調(diào)試和軟件調(diào)試。
一般WiFi產(chǎn)品的射頻部分由幾大部分組成，藍(lán)色的虛線框內(nèi)統(tǒng)一看成是功率放大器部分。無線收發(fā)器一般是一個(gè)設(shè)計(jì)的核心器件之一，除了與射頻電路的關(guān)系比較密切以外，一般還會(huì)與CPU有關(guān)，這里我們只關(guān)注其與射頻電路相關(guān)的一些內(nèi)容。發(fā)送信號(hào)時(shí)，收發(fā)器本身會(huì)直接輸出小功率的微弱的射頻信號(hào)，送至功率放大器進(jìn)行功率放大，然后通過收發(fā)切換器經(jīng)由天線輻射至空間。接收信號(hào)時(shí)，天線會(huì)感應(yīng)到空間中的電磁信號(hào)，通過切換器之后送至低噪聲放大器進(jìn)行放大，這樣放大后的信號(hào)就可以直接送給收發(fā)器進(jìn)行處理，進(jìn)行解調(diào)。
硬件調(diào)試主要涉及射頻電路、功能電路調(diào)試。射頻調(diào)試包括發(fā)送和接收兩個(gè)大的方面，其中發(fā)送又包括了發(fā)送功率、相位誤差調(diào)試等，接收包括靈敏度、接收電平等。而功能電路調(diào)試更多的涉及到具體的某項(xiàng)硬件功能模塊的電路調(diào)試。
射頻參數(shù)的調(diào)試，發(fā)射TX方面主要為功率Power、誤差向量幅度EVM、以及頻偏Freq;在接收RX方面主要是接收靈敏度Sensitivity，這些參數(shù)影響著WiFi數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸是否穩(wěn)定;需要專門的儀器來測(cè)試。比如LitePointd的IQ2010、極致匯儀的WT-200; 目前，該行業(yè)RFsister開放實(shí)驗(yàn)室提供這些方面測(cè)試服務(wù)。
另外，軟件調(diào)試主要在于穩(wěn)定性、功能的完整性調(diào)試。一般而言，只是單一，或者部分功能進(jìn)行的具體調(diào)測(cè)，下一步則需要進(jìn)行更全面的測(cè)試。
7、測(cè)試
所謂電子電路的測(cè)試,是以達(dá)到電路設(shè)計(jì)指標(biāo)為目的而進(jìn)行的一系列的測(cè)量、判斷、調(diào)整、再測(cè)量的反復(fù)進(jìn)行過程。
功能測(cè)試：根據(jù)模塊支持的特性、操作描述和用戶方案，測(cè)試該模塊的特性和可操作行為以確定其是否滿足設(shè)計(jì)需求。
性能測(cè)試：主要涉及測(cè)試模塊各個(gè)功能電路，以及信號(hào)的傳輸距離等還其他參數(shù)。
穩(wěn)定性測(cè)試：對(duì)涉及模塊的實(shí)際傳輸速率、實(shí)際功耗、吞吐量 、無線連接等穩(wěn)定性方面測(cè)試。
老化測(cè)試： 就是對(duì)模組壽命和在使用過程中能達(dá)到最佳效果而進(jìn)行的一項(xiàng)測(cè)試。因系統(tǒng)長時(shí)間的處于工作狀態(tài)，在其工作時(shí)對(duì)各器件進(jìn)行負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，只要在這些條件下能保證設(shè)備的性能穩(wěn)定，那么在正常環(huán)境下工作模組的使用壽命就會(huì)更久。
認(rèn)證測(cè)試:某些產(chǎn)品必須經(jīng)相關(guān)國家指定的認(rèn)證機(jī)構(gòu)認(rèn)證合格，取得相關(guān)證書并加施認(rèn)證標(biāo)志后，方能出廠、進(jìn)口、銷售和在經(jīng)營服務(wù)場(chǎng)所使用，尤其是通信類產(chǎn)品，而國際比較普及的認(rèn)證如FCC(美國)、CE(歐洲)、RoHS(歐洲)等。
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