Bei der Entwicklung einer Leiterplatte mit einem leistungsstarken, miniaturisierten Wireless-SoC kommt es auf jedes Detail an – von der Signalintegrität des digitalen Hochgeschwindigkeits-I/O-Busses, der die Daten zum Transceiver überträgt, bis hin zur Impedanzanpassung zwischen dem HF-Ausgangspin und der Antenne. Um Probleme frühzeitig zu erkennen und spätere Schwierigkeiten zu vermeiden, ist spezialisiertes HF-Know-how erforderlich. Zudem benötigt die Wi-Fi-Entwicklung teure Testgeräte. Im Gegensatz dazu ist das Funkdesign bereits in einem Modul optimiert, wodurch Probleme bereits im Entwicklungszyklus vermieden werden können. Dies führt zu erheblichen Kosteneinsparungen.

Die Zertifizierung ist kostspielig.
Produkte mit Sender müssen die reibungslose Funktion mit anderen Geräten in gemeinsam genutzten Umgebungen gewährleisten. Diese Kompatibilität wird durch eine Produktzertifizierung nach strengen Funktests gemäß den geltenden lokalen Vorschriften sichergestellt. Dies gilt selbstverständlich auch für Produkte mit WLAN-Transceiver. Tatsächlich sind die Kosten für eine vollständige Zertifizierung bei WLAN aufgrund der Technologie oft höher. Ein WLAN-Produkt muss optimale Funkleistung erbringen, wenn es neben anderen Produkten im selben oder in verschiedenen, aber räumlich benachbarten WLAN-Netzwerken betrieben wird. Darüber hinaus darf das WLAN-Gerät keine Interferenzen mit anderen ISM-Band-Technologien wie Bluetooth, ZigBee, Thread oder anderen proprietären Funkprotokollen verursachen. Ein schlecht konzipiertes WLAN-Gerät ist zudem anfällig für Störungen durch LTE-Mobilfunkgeräte oder Radargeräte im 5-GHz-Band, die in zivilen oder militärischen Anwendungen eingesetzt werden.

Die Situation wird durch die weltweite Uneinigkeit über die Nutzung des 6-GHz-Bandes im Kontext von ISM-Band-Technologien wie WLAN und Bluetooth zusätzlich verkompliziert. Während die USA beispielsweise die Nutzung der gesamten 1200-MHz-Bandbreite für ISM-Anwendungen freigegeben haben, hat die Europäische Union lediglich 480 MHz im unteren 6-GHz-Band freigegeben. Die Überwindung globaler regulatorischer Hürden stellt oft den größten versteckten Kostenfaktor im Hardware-Design dar. Die Zusammenarbeit mit Prüflaboren zur Erfüllung regulatorischer Anforderungen erhöht den Aufwand zusätzlich. All dies trägt zu den gesamten Entwicklungskosten bei. Der Einsatz vorzertifizierter Funkmodule beseitigt viele dieser Schwierigkeiten. Systementwickler müssen lediglich die dem Modulhersteller ausgestellte Lizenz wiederverwenden, um die Funkfunktionalität sicher zu integrieren.
Auswahl des richtigen WLAN-Moduls:
Die Auswahl des WLAN-Moduls kann von verschiedenen Faktoren abhängen, darunter:
Architektur:
Ein Modul kann über einen offenen Anwendungsprozessor verfügen, der sowohl den Netzwerk-Stack als auch die eingebettete IoT-Anwendung hostet. Diese laufen innerhalb eines eingeschränkten Echtzeitbetriebssystems (RTOS). Das Modul kann auch als Netzwerk-Coprozessor (NCP) fungieren, der die WLAN-Kommunikation verwaltet, aber einen Host-Prozessor für das Netzwerkmanagement benötigt. Letzterer erfordert typischerweise ein vollständiges Betriebssystem (Windows oder Linux). Zunehmend können Gerätehersteller den NCP jedoch auch mit einem TCP/IP-Stack verbinden, der auf einem Echtzeitbetriebssystem (z. B. FreeRTOS) läuft.
Mehrere Funkprotokolle:
Ein Projekt kann verschiedene Verbindungsoptionen erfordern. Je nach Anwendungsfall kann zwischen einem Modul mit nur einem Protokoll (WLAN) und einer Multi-Protokoll-Lösung mit Mesh-Konnektivität auf Basis von Bluetooth und 802.15.4 gewählt werden. Gegen einen geringen Aufpreis bietet die Multi-Protokoll-Lösung eine engere Integration und ein besseres Koexistenzmanagement im Vergleich zu einer Lösung mit mehreren SoCs/Modulen.


Kommunikationsschnittstellen:
Jedes Gerät und jede Anwendung hat eigene Anforderungen an die drahtlose Konnektivität. Während ein Gerät möglicherweise mehrere Gigabit über eine drahtlose Verbindung übertragen muss, um 4K-Videos zu streamen, benötigt ein anderes Gerät unter Umständen nur wenige Kilobit, um Sensordaten zu melden oder einen Aktor fernzusteuern. Die verfügbaren Optionen spiegeln diese Anwendungsvielfalt wider. So gibt es drahtlose Module, die Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsschnittstellen wie SDIO und PCIe unterstützen und sich für Anwendungen mit sehr hoher Datenübertragungsleistung eignen, während andere Lösungen für energiebeschränkte Anwendungen optimiert sind und Schnittstellen wie SPI, I2C und UART zum Anschluss von Sensoren nutzen.
Antennenoptionen:
Die Antenne ist ein entscheidendes Element in einem drahtlosen Design. Sie fungiert als Wandler und wandelt die vom Transceiver empfangenen Ströme und Spannungen in elektromagnetische Energie um, die von der drahtlosen Technologie abgestrahlt wird, und umgekehrt. Eine suboptimale Antenne kann ein Produkt vollständig unbrauchbar machen. Daher wird die Antennenwahl oft durch das endgültige Produktdesign bestimmt. Während einige Entwickler kompakte, in die Leiterplatte integrierte Antennen bevorzugen, verwenden andere extern montierte Antennen, um die Reichweite zu verbessern. Es ist wichtig zu beachten, dass die Antenne ein integraler Bestandteil der Senderkonfiguration ist und daher direkt mit der behördlichen Zertifizierung des Funkmoduls verknüpft ist. Merke: Achten Sie bei der Antennenauswahl auf die Details! Module können mit einer integrierten Antenne oder mit einem zertifizierten Referenzdesign ausgestattet sein, das es Nutzern ermöglicht, das Design exakt zu kopieren und die Zertifizierung wiederzuverwenden. Das oberste Ziel ist stets die optimale Funkabdeckung für das jeweilige Design. Dies kann eine Anpassung der Antennen und der zugehörigen Zertifizierung erfordern.
Was Sie von einem Wi-Fi-Modullieferanten erwarten können:
Im IoT-Bereich ist die Wi-Fi-Implementierung oft geschäftskritisch. Daher muss ein Modullieferant bestimmte Kernkompetenzen bieten:
Unterstützung beim Hardware-Design.
HF-Designs können oft unerwartete Probleme bereiten, gerade dann, wenn man sie am wenigsten erwartet. In dieser Phase ist die Unterstützung von Ingenieuren mit wertvoller Erfahrung im Wi-Fi-Modul-Design entscheidend für einen schnellen Entwicklungszyklus. Ein Modullieferant kann auf verschiedene Weise helfen: Überprüfung des PCB-Designs, Anpassung der Antenneneingangsimpedanz, Empfehlungen zur Modul- oder Antennenplatzierung für eine bessere Abdeckung usw.
Hinzufügen neuer regulatorischer Bereiche und Antennen:
Wie bereits erwähnt, ist einer der Hauptvorteile von Wi-Fi-Modulen die einfache Erlangung regulatorischer Zertifizierungen für die Funkfunktionalität. Daher benötigen Anbieter eine umfassende regulatorische Strategie, um Designflexibilität zu gewährleisten. Diese sollte mehrere Bereiche zur Abdeckung weiterer Märkte und verschiedener Antennentypen umfassen.
In manchen Fällen kann sich eine zertifizierte Antenne des Moduls als unzureichend für die erforderliche Funkleistung erweisen, sodass eine andere Antenne benötigt wird. In anderen Fällen zielt ein Produkt möglicherweise auf einen neuen Markt ab, für den dem Modulanbieter die Lizenz und/oder Testberichte fehlen. In solchen Fällen ist die Unterstützung des Modulanbieters erforderlich, um einen neuen regulatorischen Geltungsbereich zur Liste der bestehenden Zertifizierungen hinzuzufügen oder einen völlig neuen Antennentyp zu zertifizieren. Modulanbieter können diese Unterstützung leisten, indem sie Tests gemäß den neuen Vorschriften durchführen und eine autorisierte Änderungsmitteilung für die ursprünglich erteilte Zertifizierung ausstellen.
Software-Fehlerbehebung:
Die Integration des Wi-Fi-Treibers in eine eingebettete Plattform ist einer der wichtigsten Aspekte im gesamten Softwarelebenszyklus des Projekts. Betrachten wir beispielsweise ein Netzwerkkommunikationsprotokoll (NCP) für ein Linux-basiertes eingebettetes Gerät. Es ist üblich, dass Hersteller von drahtlosen Halbleitern regelmäßig Treiberversionen veröffentlichen, die mit der neuesten stabilen Linux-Kernelversion getestet wurden. Darüber hinaus benötigen drahtlose Treiber Patches, um Sicherheitslücken zu schließen. Ein Upgrade auf eine neue Version, insbesondere bei drahtlosen Geräten mit externen Treibern, kann mitunter zu unerwartetem Produktverhalten führen. Hier kann die Unterstützung durch den Modulhersteller – sei es durch die Kommunikation über entdeckte Sicherheitslücken und die Verfügbarkeit von Sicherheitspatches oder durch proaktive Fehlersuche und Ursachenanalyse während der Controller-Integration – wesentlich zu einem reibungslosen Projektmanagement beitragen. Gleiches gilt für ein drahtloses Modul, das auf einem eingebetteten drahtlosen Mikrocontroller basiert.

Sicherstellung umfassender Lieferkettenunterstützung:
Eine mangelhafte Lieferkettenanalyse kann ein herausragendes Leiterplattendesign zunichtemachen. Selbst das Fehlen einer kleinen, scheinbar unbedeutenden Komponente, wie beispielsweise eines Widerstands, kann die Produktion verzögern; es muss jedoch eine Alternative verfügbar sein. Ein zertifiziertes Funkmodul zählt zu den kritischsten Komponenten, da es untrennbar mit den Produktdeklarationen des Herstellers gegenüber den Aufsichtsbehörden verbunden ist. Folglich ist eine Produktüberarbeitung unter Umständen nicht möglich, was zweifellos sehr kostspielig wäre. Hier bietet die umfassende Unterstützung eines kompetenten und engagierten Modullieferanten einen echten Mehrwert. Zu den Themen können Technologieberatung zur Ermittlung des optimalen Plattformdesigns, Produktlebenszyklusmanagement und Produktionsprognosen gehören. Werksaudits können erforderlich sein, um Transparenz in der Lieferkette zu schaffen.
Panasonic Industry Europe:
Panasonic Industry Europe ist ein anerkannter Anbieter von drahtlosen Nahbereichsverbindungslösungen mit einem Portfolio, das Wi-Fi, Bluetooth und andere Netzwerktechnologien umfasst. Die drahtlosen Module und Netzwerkkarten (NICs) sind für verschiedene regulatorische Bereiche zertifiziert, darunter die USA, Europa, Kanada, Japan und weitere Länder im asiatisch-pazifischen Raum. Darüber hinaus decken diese behördlichen Zertifizierungen zahlreiche Antennentypen ab, darunter zertifizierte Referenzantennen mehrerer namhafter Antennenhersteller. Das Unternehmen ermöglicht IoT-Projekte durch ein Partnernetzwerk, das Antennen, eingebettete Firmware und proprietäre Funkprotokollstacks bereitstellt.
Das Portfolio an Funkmodulen von Panasonic Industry umfasst mehrere Wi-Fi-Generationen, von Wi-Fi 4 bis Wi-Fi 6/6E. Wi-Fi 7-Module sind Teil der zukünftigen Roadmap. Die Module werden in Europa in einem hundertprozentigen Panasonic-eigenen Werk entwickelt und gefertigt. 

* Geplant tbd = wird noch festgelegt
Tabelle 1: Neueste Panasonic Industry Wi-Fi-Module für neue Designs
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