考虑到当今消费者需要满足的严格要求和不断提高的性能目标,为Wi-Fi设计选择射频前端组件的过程是一项具有挑战性的任务。从成本和可用性,有许多因素要考虑,以减轻干扰和热蠕变。虽然寻找满足所有期望需求的正确部分似乎是一项艰巨的任务,但将流程划分为更易于管理的步骤有助于缩小选项范围,并提供更系统的方法。
当你经历以下阶段时,根据你的设计参数,哪些部分会起作用,哪些不会起作用就会变得很明显。在选择任何实际组件之前,重要的是与产品生命周期中涉及的所有团队进行协调,以确定需要什么样的性能,考虑采购中的已知问题,以及达到上市时间目标所需的生产时间表。作为工程师,您可能有责任确定要使用的确切组件,但最终选择的射频元件会直接影响到您的许多利益。
这里有三个设计阶段,如果按照顺序进行,应该会提供一个更流畅的过程,并为你的下一个Wi-Fi设计选择最好的组件:
初始项目概念
在第一个决策阶段,来自产品营销、设计领导和工程团队的成员聚集在一起,以确定最终产品的性质、目标用户以及最终设备在市场中的定位。这个对话对于定义产品的大小、确切的功能和性能需求、使用它的操作环境、项目预算、生产时间线和完成所有这些目标的计划资源分配都是至关重要的。这些决定将有助于告知在特定射频协议、功耗要求、热条件、干扰考虑、测试标准和预算限制等方面使用哪些组件。除了定义最终产品的外观、感觉和成本外,项目概念还为接下来的两个决策阶段奠定了基础。
例如,在决定使用产品概念的环境时,有许多标准需要考虑哪些类型的过滤器PAs、LNAs和交换机的使用。在当今复杂、射频丰富的家庭和办公室中,多种协议同时运行,为您的设计选择理想的频率可能会因解决方案的目的而大不相同:
- 在中短程覆盖范围内运行的标准,如Zigbee、蓝牙、Thread和Z-Wave
- 在较长范围内运行的标准,如Wi-Fi、3G/4G LTE和5G
无论选择哪个频率,一个巨大的挑战是在给定环境中实现所有无线电之间的无缝共存。上述标准适用于许可和非许可频谱,在支持物联网扩展或卸载大型数据流的Wi-Fi设备中越来越普遍。了解哪些协议需要管理,对于确定最终设计中需要添加或删除的必要部分将大有帮助。
通过在项目概念阶段的早期指定整个系统功能和设计特性的需求,营销、工程和采购团队可以更好地可视化最终产品,并以明确的方向和责任共同朝着既定的目标工作。但是,知道最终产品的需求和实际实现它可能是非常不同的任务。
定义系统架构
在该设计阶段,工程部将审查初始概念中概述的所有特征和考虑因素,以审查产品尺寸、电源需求、预算、热管理和吞吐量等要素的可行性。将这些特性拼接在一起,可以创建一个更详细的图,帮助有效地缩小满足所需产品功能所需的组件类型,以及是否需要根据实际可以实现的功能牺牲任何性能规范。
为了进一步细化项目需求,提出以下问题也很有用:
- 您的解决方案将使用多输入/多输出(MIMO)?
- 它是Wi-Fi 5(802.11ac)还是Wi-Fi 6(802.11ax)应用程序?
- 什么容量和速度将环境需求?
当进入家庭、办公室或接入点的数据流确定了最初的互联网带宽目标时,另一个应该考虑的因素是网络速度。可以影响网络速度的事情可能是:
- 在客户端和接入点之间的距离
- 同一频率上其他客户端的干扰
- 固有的Wi-Fi开销确认,传输,空闲信道评估
在选择组件时,干扰也是一个非常重要的考虑因素。设备之间和设备内部的共存,包括无线载波信号或无线标准之间的共存,对于法规遵从性以及适当的设备功能都是必要的。蓝牙、LTE和Wi-Fi之间的常见干扰场景可以相对容易地规划,但重要的是也要包括其他不太可能发生的场景,因为当今许多射频系统的多个天线信号可能相互干扰。因此,受影响的天线之间的耦合可能会受到影响,导致低信噪比、接收器衰减、无线连接下降或中断。
对于所有的考虑到这些挑战,开始缩小的已知的需求领域和交流各地所需的性能规格,可能无法feasable任何问题。这些问题得到解决的越早越好,以免浪费在重新设计之路越走越宝贵的时间和金钱。编译的具体性能指标列表,并提出了设计方案后,开始与您的采购团队合作研究的最佳来源所需的时间内提供所需的零部件,并确保包括足够的准备时间来测试和验证,一旦所有的解决方案的设计已建成。
组件向下选择
在完成上述两个阶段之后,就可以开始选择要在设计中测试和使用的特定组件了。RF元件的选择始终是热管理、干扰缓解、成本考虑、质量、可靠性、性能和尺寸要求之间的平衡。利用从初始设计概念会议和系统架构规范审查过程中收集的信息,开始选择最终解决方案所需的特定部件,并与采购团队密切合作,为初始解决方案构建购买样品。
在选择你的最后部分,记住每一个元素如何影响整个系统和以前的设计阶段定义的任何外部因素。例如,RF PA的效率和线性将影响PCB的热气流和整体包装的设计,所以管理下各种无线网络模式下的PA效率规格是很重要的。PA的效率是避免成本高昂的重新设计,散热器或监管要求失败的关键。选择所需要的解决方案效率的RF组件时,应谨慎,因此服用。一定要保持意识到组件的特性如何影响最终产品的规模,范围和性能。
在决定最终解决方案时,集成是另一个重要的考虑因素。使用集成解决方案进行设计可以减少设计时间和调优。许多高度集成的组件还采用了滤波技术,以减轻干扰,支持共存和减少热问题,而不影响谐波合规和排放。使用集成滤波器,您的设计团队可以花费更少的时间来调优离散组件,并删除额外的元素,如MLCCs -一个聪明的选择,以减少您的最终产品和整体BOM的大小,同时实现整个分配频谱的可靠覆盖。
虽然有很多参与决定最终的组件为您的下一个wi - fi的设计,我们希望在上述步骤将帮助提供更精细的方法跨功能决策支持所涉及的所有团队目标和结果在一个成功的新无线设备。