Wi-Fi模塊在物聯(lián)網(wǎng)設計中的優(yōu)勢介紹
無(wú)處不在的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）依賴(lài)于無(wú)線(xiàn)連接，但是有許多無(wú)線(xiàn)選項，并非每個(gè)設備都是IP可尋址的 - 這是物聯(lián)網(wǎng)的必備功能。更重要的是，RF設計本來(lái)就很困難。很少有公司具備實(shí)施射頻和天線(xiàn)設計的適當技能，即使完成后，保持該設計與最新標準保持同步并通過(guò)FCC合規也是非常耗時(shí)的。
對于設計師來(lái)說(shuō)，對于無(wú)線(xiàn)連接和物聯(lián)網(wǎng)，有一個(gè)非�？煽壳医�(jīng)過(guò)驗證的選項。該選項是Wi-Fi和模塊的使用。此功能將解釋為什么，提供一些設計解決方案，討論即將到來(lái)的IEEE 802.11協(xié)議升級，并展示如何將ZigBee橋接到Wi-Fi以實(shí)現本機IP尋址。
有許多無(wú)線(xiàn)接口選項，藍牙低功耗（BLE），ZigBee，Z-Wave，Wi-Fi和RFID，每個(gè)都有自己獨特的功率，范圍，數據速率，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )，抗干擾性和易用性平衡。但是，某些接口尚未啟用本機IP，因此無(wú)法直接尋址或通過(guò)Internet與其他設備和服務(wù)器交換數據。這些需要一個(gè)單獨的網(wǎng)關(guān)，為最終解決方案增加了費用和復雜性。
這就是Wi-Fi引人注目的地方：它基于具有原生IP尋址能力的IEEE 802.11標準，無(wú)處不在，易于理解，并且可以在數據速率方面很好地擴展以?xún)?yōu)化功耗。據Wi-Fi聯(lián)盟稱(chēng)，已安裝超過(guò)68億臺支持Wi-Fi的設備，因此可用的本地Wi-Fi接入點(diǎn)的可能性非常高（圖1）。另請注意，802.11標準也符合IPv6標準，因此對唯一地址的數量幾乎沒(méi)有限制。
圖1：廣泛的物聯(lián)網(wǎng)使用Wi-Fi模塊的應用程序顯示了界面的靈活性和可擴展性，以及它的普遍性。 （來(lái)源：Tektronix。）
雖然Wi-Fi廣泛且易于理解，但它仍然是一個(gè)無(wú)線(xiàn)接口，具有RF所需的所有變幻莫測的設計。了解后續步驟至關(guān)重要。
緩解無(wú)線(xiàn)開(kāi)發(fā)
為物聯(lián)網(wǎng)應用選擇Wi-Fi后，設計人員經(jīng)常面臨構建自定義RF實(shí)施的艱巨挑戰，這需要時(shí)間，金錢(qián)和專(zhuān)業(yè)知識。開(kāi)發(fā)無(wú)線(xiàn)設備的設計要求至少包括直接RFIC集成以及指定濾波器，放大器，時(shí)鐘，電容器，電感器，晶體振蕩器以及需要在板上的天線(xiàn)等組件的能力。作為他們的位置。還需要網(wǎng)絡(luò )匹配電路，以確保無(wú)線(xiàn)電和天線(xiàn)匹配良好，以避免信號丟失。其他知識領(lǐng)域包括系統布局，軟件堆棧開(kāi)發(fā)，設備安全性，連接可靠性，信號干擾和降級，以及最后但并非最不重要的FCC認證。
如何在典型的上市時(shí)間內完成此任務(wù)鑒于RF設計專(zhuān)業(yè)知識不是每個(gè)電子公司都可以獲得的參數？添加Wi-Fi功能的一種越來(lái)越常見(jiàn)的方法是使用預先打包的模塊。這種方法大大簡(jiǎn)化了流程。模塊供應商提供的測試，校準和預認證模塊符合要求的標準，因此可以為公司提供快速，便捷的上市途徑，基本上是即插即用的解決方案，減少了對模塊的需求。軟件開(kāi)發(fā)。更重要的是，設計和構建Wi-Fi模塊的制造商可以在設計集成階段成為您的RF顧問(wèn)。
Wi-Fi模塊通常包含兩個(gè)主要部分：Wi-Fi芯片和應用主機處理器。 Wi-Fi子系統包括802.11無(wú)線(xiàn)電物理層（PHY），基帶，媒體訪(fǎng)問(wèn)控制（MAC），以及可能用于快速，安全的互聯(lián)網(wǎng)連接的加密引擎。應用程序主機處理器具有內部或外部閃存，ROM和RAM。該模塊通常還帶有用于定時(shí)器，串行通信接口，模擬比較器，模數轉換器（ADC），數模轉換器（DAC），晶體振蕩器和調試接口的I/O.
電源管理子系統包括支持各種電源電壓的集成DC-DC轉換器。它支持低功耗模式，例如具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）模式的休眠模式。模塊可以提供集成天線(xiàn)或為外部天線(xiàn)提供RF連接器。 Wi-Fi模塊附帶的軟件包通常包括設備驅動(dòng)程序，集成的802.11安全層以及管理和監控實(shí)用程序。
在設計Wi-Fi物聯(lián)網(wǎng)解決方案時(shí)，起點(diǎn)是理解IEEE 802.11代表一系列標準，直到最近才在2.4 GHz（IEEE 802.11b/g/n）和5 GHz（IEEE 802.11a/n/ac）免許可頻段中運行。評估這些協(xié)議時(shí)需要考慮三個(gè)關(guān)鍵因素：數據速率，范圍和功率要求。當您比較不同的Wi-Fi協(xié)議時(shí)，802.11b/g具有與已安裝設備和功率要求兼容的優(yōu)勢，而802.11n和802.11ac具有更高的數據吞吐量，可用于視頻流等多媒體應用（見(jiàn)表）。
協(xié)議
頻率
信號
最高數據速率
傳統802.11
2.4 GHz
FHSS或DSSS
2 Mbps
802.11a
5 GHz
OFDM
54 Mbps
802.11b
2.4 GHz
HR-DSSS
11 Mbps
802.11g
2.4 GHz
OFDM
54 Mbps
802.11n
2.4或5 GHz
OFDM
600 Mbps（理論上）
802.11ac
5 GHz
256-QAM
1.3 Gbps
表：不同Wi-Fi協(xié)議和數據速率的摘要顯示了IEEE 802.11的進(jìn)展它的早期目前是2 Mbps到1.3 Gbps。 （來(lái)源：容－源－電－子－網(wǎng)－為你提供技術(shù)支持
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