Wi-Fi模塊在物聯網設計中的優勢介紹

無處不在的物聯網（IoT）依賴于無線連接，但是有許多無線選項，并非每個設備都是IP可尋址的 - 這是物聯網的必備功能。更重要的是，RF設計本來就很困難。很少有公司具備實施射頻和天線設計的適當技能，即使完成后，保持該設計與最新標準保持同步并通過FCC合規也是非常耗時的。

對于設計師來說，對于無線連接和物聯網，有一個非常可靠且經過驗證的選項。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，討論即將到來的IEEE 802.11協議升級，并展示如何將ZigBee橋接到Wi-Fi以實現本機IP尋址。

有許多無線接口選項，藍牙低功耗（BLE），ZigBee，Z-Wave，Wi-Fi和RFID，每個都有自己獨特的功率，范圍，數據速率，網狀網絡，抗干擾性和易用性平衡。但是，某些接口尚未啟用本機IP，因此無法直接尋址或通過Internet與其他設備和服務器交換數據。這些需要一個單獨的網關，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，無處不在，易于理解，并且可以在數據速率方面很好地擴展以優化功耗。據Wi-Fi聯盟稱，已安裝超過68億臺支持Wi-Fi的設備，因此可用的本地Wi-Fi接入點的可能性非常高（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有限制。

圖1：廣泛的物聯網使用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。 （來源：Tektronix。）

雖然Wi-Fi廣泛且易于理解，但它仍然是一個無線接口，具有RF所需的所有變幻莫測的設計。了解后續步驟至關重要。

緩解無線開發

為物聯網應用選擇Wi-Fi后，設計人員經常面臨構建自定義RF實施的艱巨挑戰，這需要時間，金錢和專業知識。開發無線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，時鐘，電容器，電感器，晶體振蕩器以及需要在板上的天線等組件的能力。作為他們的位置。還需要網絡匹配電路，以確保無線電和天線匹配良好，以避免信號丟失。其他知識領域包括系統布局，軟件堆棧開發，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間內完成此任務鑒于RF設計專業知識不是每個電子公司都可以獲得的參數？添加Wi-Fi功能的一種越來越常見的方法是使用預先打包的模塊。這種方法大大簡化了流程。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。軟件開發。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。

Wi-Fi模塊通常包含兩個主要部分：Wi-Fi芯片和應用主機處理器。 Wi-Fi子系統包括802.11無線電物理層（PHY），基帶，媒體訪問控制（MAC），以及可能用于快速，安全的互聯網連接的加密引擎。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，例如具有實時時鐘（RTC）模式的休眠模式。模塊可以提供集成天線或為外部天線提供RF連接器。 Wi-Fi模塊附帶的軟件包通常包括設備驅動程序，集成的802.11安全層以及管理和監控實用程序。

在設計Wi-Fi物聯網解決方案時，起點是理解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。評估這些協議時需要考慮三個關鍵因素：數據速率，范圍和功率要求。當您比較不同的Wi-Fi協議時，802.11b/g具有與已安裝設備和功率要求兼容的優勢，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（見表）。

協議

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協議和數據速率的摘要顯示了IEEE 802.11的進展它的早期目前是2 Mbps到1.3 Gbps。 （來源：容－源－電－子－網－為你提供技術支持

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