Nella progettazione di un circuito stampato contenente un SoC wireless miniaturizzato ad alte prestazioni, ogni dettaglio è importante, dall'integrità del segnale sul bus I/O digitale ad alta velocità che trasporta i dati al ricetrasmettitore all'adattamento di impedenza tra il pin di uscita RF e l'antenna. È necessaria una competenza RF specializzata per individuare tempestivamente i problemi ed evitare difficoltà in seguito. Inoltre, lo sviluppo Wi-Fi richiede costose apparecchiature di test. Al contrario, la progettazione radio è già ottimizzata in un modulo, il che può contribuire a eliminare i problemi fin dalla fase di sviluppo. Ciò si traduce in un notevole risparmio sui costi.
La certificazione è costosa.
I prodotti dotati di trasmettitore devono garantire un funzionamento armonioso con altri dispositivi in un ambiente condiviso. Tale armonia si ottiene attraverso la certificazione del prodotto, a seguito di rigorosi test radio conformi alle normative locali applicabili. Naturalmente, questo vale anche per i prodotti che contengono un ricetrasmettitore Wi-Fi. Anzi, i costi per ottenere una certificazione completa tendono ad essere più elevati per il Wi-Fi, data la natura della tecnologia. Un prodotto Wi-Fi deve dimostrare prestazioni radio ottimali quando posizionato accanto ad altri prodotti sulla stessa rete Wi-Fi o su reti Wi-Fi diverse ma co-ubicate. Inoltre, il dispositivo Wi-Fi deve anche garantire di non interferire con altre tecnologie in banda ISM come Bluetooth, Zigbee, Thread o altri stack di protocolli wireless proprietari. Infine, un dispositivo Wi-Fi progettato male è altamente vulnerabile alle interferenze o alle interferenze causate dalle radio mobili LTE o dai radar che operano nella banda a 5 GHz per applicazioni civili o militari.
La situazione è stata ulteriormente complicata dal disaccordo globale sull'utilizzo della banda a 6 GHz nel contesto delle tecnologie in banda ISM come Wi-Fi e Bluetooth. Ad esempio, mentre gli Stati Uniti hanno consentito l'utilizzo dell'intera larghezza di banda di 1200 MHz per le applicazioni ISM, l'Unione Europea ha aperto solo 480 MHz nella banda inferiore a 6 GHz. Superare gli ostacoli normativi globali spesso si rivela il costo nascosto maggiore nella progettazione hardware. Collaborare con i laboratori di prova per superare i test normativi aumenta ulteriormente lo sforzo. Tutto ciò contribuisce al costo complessivo di sviluppo. L'utilizzo di moduli wireless pre-certificati elimina gran parte delle difficoltà. I progettisti di sistema devono semplicemente riutilizzare la licenza rilasciata al produttore del modulo per integrare in modo sicuro la funzionalità wireless.
Scelta del modulo Wi-Fi giusto:
la scelta del modulo Wi-Fi può essere guidata da molti fattori diversi, tra cui:
Architettura:
un modulo potrebbe avere un processore applicativo aperto per ospitare lo stack di rete e l'applicazione IoT integrata, il tutto in esecuzione nel contesto di un RTOS (sistema operativo in tempo reale) limitato. Oppure il modulo potrebbe fungere da coprocessore di rete (NCP) che gestisce la comunicazione Wi-Fi ma richiede un processore host per la gestione della rete. Quest'ultima soluzione in genere richiede un sistema operativo completo (Windows o Linux). Tuttavia, sempre più spesso i produttori di dispositivi sono anche in grado di interfacciare l'NCP con uno stack TCP/IP in esecuzione su un sistema operativo in tempo reale (ad esempio, FreeRTOS).
Protocolli wireless multipli:
un progetto può richiedere diverse opzioni di connettività. A seconda del ruolo da svolgere, è possibile scegliere tra un modulo a protocollo singolo, solo Wi-Fi, e una soluzione multiprotocollo che supporta la connettività mesh basata su Bluetooth e 802.15.4. Per un piccolo costo aggiuntivo, la soluzione multiprotocollo offre una maggiore integrazione e una migliore gestione della coesistenza rispetto a una soluzione multi-SoC/modulo discreta.
Interfacce di comunicazione:
ogni dispositivo e applicazione ha le proprie capacità e requisiti di connettività wireless. Mentre un dispositivo potrebbe dover trasmettere diversi gigabit su un collegamento wireless per lo streaming di video 4K, un altro potrebbe aver bisogno solo di pochi kilobit per segnalare i dati dei sensori o controllare a distanza un attuatore. Le opzioni disponibili riflettono questa diversità di applicazioni. Pertanto, esistono moduli wireless che supportano interfacce di comunicazione ad alta velocità come SDIO e PCIe, adatti per applicazioni di trasmissione dati ad altissime prestazioni, mentre altre soluzioni sono ottimizzate per applicazioni con limitazioni di alimentazione, utilizzando interfacce come SPI, I2C e UART per connettere i sensori.
Opzioni dell'antenna:
l'antenna è un elemento cruciale in un progetto wireless. Agisce come un trasduttore, convertendo le correnti e le tensioni ricevute dal ricetrasmettitore in energia elettromagnetica irradiata dalla tecnologia wireless e viceversa. Un'antenna non ottimale può rendere un prodotto completamente inutilizzabile. Pertanto, la scelta dell'antenna è spesso dettata dal progetto finale del prodotto. Mentre alcuni progettisti preferiscono antenne compatte integrate nel PCB, altri utilizzano antenne montate esternamente per migliorare la copertura. È importante ricordare che l'antenna è parte integrante della configurazione del trasmettitore ed è quindi esplicitamente collegata alla certificazione normativa del modulo wireless. Lezione: prestate attenzione ai dettagli quando scegliete un'antenna! I moduli possono essere forniti con un'antenna integrata o con un progetto di riferimento certificato che consente agli utenti di copiare esattamente il progetto e riutilizzare la certificazione. L'obiettivo finale è sempre quello di ottenere una copertura radio ottimale per un dato progetto, il che potrebbe richiedere la modifica delle antenne e della relativa certificazione.
Cosa aspettarsi da un fornitore di moduli Wi-Fi:
nell'IoT, l'implementazione del Wi-Fi è spesso critica. Pertanto, un fornitore di moduli deve offrire alcuni valori fondamentali:
supporto alla progettazione hardware.
I progetti RF possono spesso riservare spiacevoli sorprese, proprio quando meno te lo aspetti. È in questa fase che il supporto di ingegneri con una preziosa esperienza nella progettazione di moduli Wi-Fi è fondamentale per ottenere un ciclo di progettazione rapido. Un fornitore di moduli può aiutare in diversi modi: revisione del progetto PCB, adattamento dell'impedenza di ingresso dell'antenna, raccomandazione del posizionamento del modulo o dell'antenna per una migliore copertura e così via.
Aggiunta di nuovi domini normativi e antenne:
come accennato in precedenza, uno dei principali vantaggi dell'utilizzo di moduli Wi-Fi è la facilità di ottenere la certificazione normativa per la funzionalità radio. Pertanto, i fornitori devono disporre di una strategia normativa completa per garantire la flessibilità di progettazione, includendo più domini per coprire un maggior numero di mercati e più tipi di antenna.
In alcuni casi, un'antenna certificata sul modulo potrebbe rivelarsi inadeguata per le prestazioni radio richieste, rendendo necessario l'utilizzo di un'antenna diversa. In altri casi, un prodotto potrebbe essere destinato a un nuovo mercato per il quale il fornitore del modulo non possiede una licenza e/o report di prova. In tali casi, è necessario il supporto di un fornitore di moduli per aggiungere un nuovo ambito normativo all'elenco delle certificazioni preesistenti o per certificare un tipo di antenna completamente nuovo. I fornitori di moduli possono fornire supporto eseguendo test per le nuove normative ed emettendo una notifica di modifica autorizzata per la certificazione originariamente concessa.
Risoluzione dei problemi software:
l'integrazione del driver Wi-Fi in una piattaforma embedded è una delle questioni più importanti durante l'intero ciclo di vita del software del progetto. Si consideri l'esempio di un Network Communication Protocol (NCP) per un dispositivo embedded basato su Linux. È prassi comune per i fornitori di semiconduttori wireless rilasciare periodicamente versioni dei driver testate con l'ultima versione stabile del kernel Linux. Inoltre, i driver wireless richiedono patch per risolvere le vulnerabilità di sicurezza. L'aggiornamento a una nuova versione, soprattutto per i dispositivi wireless con driver "out-of-the-tree" (non inclusi nel kernel), può talvolta causare comportamenti imprevisti. In questi casi, il supporto del fornitore del modulo, sia attraverso la comunicazione delle vulnerabilità scoperte e della disponibilità di patch di sicurezza, sia attraverso la risoluzione proattiva dei problemi e l'analisi delle cause principali durante l'integrazione del controller, può contribuire notevolmente alla buona riuscita del progetto. Lo stesso vale per un modulo wireless progettato attorno a un microcontrollore wireless embedded.
Garantire un supporto completo della catena di fornitura:
una valutazione inadeguata della catena di fornitura può compromettere un progetto di PCB eccezionale. La mancanza anche di un piccolo componente apparentemente insignificante, come una resistenza, può ritardare la produzione, ma è fondamentale che sia disponibile un'alternativa. Tuttavia, un modulo radio certificato è uno dei componenti più critici, in quanto intrinsecamente legato alle dichiarazioni finali del prodotto presentate dal produttore agli enti normativi. Di conseguenza, riprogettare il prodotto potrebbe non essere possibile, il che sarebbe indubbiamente molto costoso. È qui che il supporto completo di un fornitore di moduli competente e affidabile offre un valore tangibile. Gli argomenti possono includere: consulenza tecnologica per comprendere la migliore progettazione della piattaforma; gestione del ciclo di vita del prodotto; e previsioni di produzione. Potrebbero essere necessari audit di fabbrica per garantire la trasparenza nella catena di fornitura.
Panasonic Industry Europe:
Panasonic Industry Europe è un fornitore riconosciuto di soluzioni di connettività wireless a corto raggio con un portfolio che include Wi-Fi, Bluetooth e altre tecnologie di rete. I suoi moduli wireless e NIC sono certificati per diversi ambiti normativi, tra cui Stati Uniti, Europa, Canada, Giappone e altri paesi dell'Asia-Pacifico. Inoltre, queste certificazioni normative coprono diverse tipologie di antenne, con antenne di riferimento certificate da numerosi fornitori di antenne di fama mondiale. L'azienda supporta anche progetti IoT attraverso un ecosistema di partner che si occupano di antenne, firmware embedded e stack di protocolli wireless proprietari.
Il portfolio di moduli wireless di Panasonic Industry copre diverse generazioni di Wi-Fi, dalle soluzioni Wi-Fi 4 al Wi-Fi 6/6E. I moduli Wi-Fi 7 fanno parte della roadmap futura. I moduli sono progettati e prodotti in Europa in uno stabilimento interamente di proprietà di Panasonic.
* Data prevista da definire
Tabella 1: Ultimi moduli Wi-Fi industriali Panasonic per nuovi progetti
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