使用無(wú)線模塊技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線系統(tǒng)的小型化

有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，使用無(wú)線模塊可以幫助快速將產(chǎn)品推向市場(chǎng)并簡(jiǎn)化認(rèn)證過(guò)程，但價(jià)格更高。

現(xiàn)代材料和設(shè)計(jì)現(xiàn)在可以幫助無(wú)線系統(tǒng)的小型化，優(yōu)化天線設(shè)計(jì)和匹配無(wú)線電元件。即使可能會(huì)增加額外的尺寸，使用模塊可以幫助隔離設(shè)計(jì)中的噪聲敏感元素，從而提高系統(tǒng)的整體性能。最終，這可以導(dǎo)致更小的設(shè)計(jì)，因?yàn)樗藢?duì)無(wú)線電前端的隔離的需要，這可能占用空間或在印刷電路板上需要更多層以提供隔離。雖然使設(shè)計(jì)更小，但這可能會(huì)花費(fèi)更多。

在某些情況下，使用模塊可能不會(huì)導(dǎo)致尺寸損失。事實(shí)上，將關(guān)鍵組件集成到模塊本身的基板中可以減少占用空間，為無(wú)線系統(tǒng)的小型化提供更多好處。

對(duì)于某些應(yīng)用，例如智能卡，模塊是必不可少的，但是即使在這里，小型化也有創(chuàng)新。例如，英飛凌科技公司開(kāi)發(fā)了一種“線圈模塊”（CoM）封裝技術(shù)，它認(rèn)為這可以徹底改變雙接口無(wú)線智能卡的設(shè)計(jì)和制造。

該技術(shù)簡(jiǎn)化并改進(jìn)了電子識(shí)別的制造卡（eID），電子駕駛執(zhí)照或帶非接觸式接口的健康保險(xiǎn)卡。這些雙接口卡構(gòu)成了當(dāng)今主要使用的基于接觸的卡應(yīng)用與新興無(wú)線移動(dòng)解決方案之間的橋梁。根據(jù)市場(chǎng)研究公司IHS的最新估計(jì)，政府和醫(yī)療保健雙接口卡的數(shù)量將在2013年至2019年期間每年增長(zhǎng)22％，而純接觸式卡則增長(zhǎng)14％。

圖1：英飛凌在RF芯片模塊上使用線圈天線連接到智能卡上的天線。

設(shè)計(jì)是RF鏈路，而不是芯片模塊和卡天線之間的通用機(jī)電連接，將模塊電氣耦合到卡上（參見(jiàn)圖1）。這允許跳過(guò)在卡生產(chǎn)期間將芯片模塊互連到卡天線的復(fù)雜過(guò)程。由于芯片模塊和卡天線之間沒(méi)有連接，這可能會(huì)因機(jī)械應(yīng)力而受損，因此芯片模塊比普通模塊小20％，因此卡更堅(jiān)固，更安全，因此可以提供額外的安全功能集成在卡中。 CoM技術(shù)還意味著帶有集成天線的芯片和模塊經(jīng)過(guò)完美調(diào)整，無(wú)需卡制造商進(jìn)行額外調(diào)整。

藍(lán)牙

藍(lán)牙模塊的小型化正在推動(dòng)無(wú)線技術(shù)應(yīng)用于空間非常寶貴的越來(lái)越多的應(yīng)用中。對(duì)于簡(jiǎn)單的藍(lán)牙串行鏈路，無(wú)線模塊可以采用小巧的六十球封裝，尺寸僅為6.1 mm x 9.1 mm x 1.2 mm。德州儀器（TI）的LMX9830藍(lán)牙串行端口模塊是高度集成的藍(lán)牙2.0基帶控制器和2.4 GHz無(wú)線電，具有所需的所有硬件和固件，可提供從天線到藍(lán)牙堆棧的完整下層和上層的完整解決方案，直至應(yīng)用程序包括通用訪問(wèn)配置文件（GAP），服務(wù)發(fā)現(xiàn)應(yīng)用程序配置文件（SDAP）和串行端口配置文件（SPP）。

圖2：德州儀器（TI）LMX9830藍(lán)牙串行鏈路模塊的六十球封裝。

不僅如此雖然很小，但附加軟件還縮短了上市時(shí)間，因?yàn)樵撃K已預(yù)先認(rèn)證為藍(lán)牙集成組件，并包含可配置的服務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)，以滿足主機(jī)上其他配置文件的服務(wù)請(qǐng)求。

小型化源于TI CompactRISC 16位處理器架構(gòu)和數(shù)字智能無(wú)線電技術(shù)的結(jié)合。片上ROM存儲(chǔ)器中提供的固件提供完整的藍(lán)牙（v2.0）堆棧，包括配置文件和命令接口，以及支持高達(dá)理論最大值的數(shù)據(jù)速率的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)鏈路管理RFComm為704 kbps，最多有7個(gè)有效藍(lán)牙數(shù)據(jù)鏈路。

對(duì)于無(wú)線傳感器，工業(yè)，醫(yī)療和汽車應(yīng)用的更復(fù)雜模塊，Panasonic的下一代智能手機(jī)兼容，即放即用PAN1322藍(lán)牙模塊集成了32位微控制器和藍(lán)牙2.1 + EDR堆棧，串行端口配置文件（SPP），AT命令集API和陶瓷天線。

圖3：Panasonic的PAN1322模塊包含一個(gè)陶瓷天線。

這個(gè)成本計(jì)算的產(chǎn)品基于單個(gè)-chip解決方案，集成了ARM7TDMI處理器和藍(lán)牙控制器，可使用安全簡(jiǎn)單配對(duì)（SSP）實(shí)現(xiàn)安全，可靠，高速的數(shù)據(jù)連接，無(wú)需手動(dòng)創(chuàng)建密碼。嵌入式串行端口配置文件（SPP）釋放應(yīng)用程序資源，而AT命令集API使用調(diào)制解調(diào)器命令創(chuàng)建簡(jiǎn)單的固件接口。板載天線消除了設(shè)計(jì)人員的2.4 GHz RF電路復(fù)雜性，全部采用15.6 mm x 8.7 mm x 2.8 mm模塊，完全屏蔽以提高抗擾度。

無(wú)需外部元件，因?yàn)樵撃K還包括支持2.7至3.6 V電壓的板載穩(wěn)壓器，并支持-40至+ 85°C的工業(yè)溫度范圍。

圖4：在PAN1322中包含天線和穩(wěn)壓器消除了外部元件。

也許令人驚訝的是，軟件架構(gòu)的選擇也可以幫助隨著無(wú)線模塊的小型化。

對(duì)于更復(fù)雜的藍(lán)牙低功耗（BLE）和智能協(xié)議，Laird的BL600模塊將Nordic Semiconductor nRF51822芯片組與RF集成在一起，提供低功耗和長(zhǎng)無(wú)線范圍，所有這些都在19 mm的緊湊空間內(nèi)x 12.5毫米。雖然該模塊包含支持BLE應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)所需的所有硬件和固件，但是編程環(huán)境有助于進(jìn)一步減小無(wú)線節(jié)點(diǎn)的整體尺寸。

Laird的事件驅(qū)動(dòng)的smartBASIC編程語(yǔ)言顯著簡(jiǎn)化了BLE集成，并允許模塊的獨(dú)立操作，從而可以通過(guò)任何接口連接傳感器，而無(wú)需外部處理器，從而減小了節(jié)點(diǎn)的大小。一個(gè)簡(jiǎn)單的smartBASIC應(yīng)用程序封裝了傳感器數(shù)據(jù)讀取，寫入和處理的完整端到端流程，然后使用BLE將其傳輸?shù)饺魏嗡{(lán)牙v4.0設(shè)備 - 智能手機(jī)，平板電腦，網(wǎng)關(guān)或計(jì)算機(jī)。最終，smartBASIC通過(guò)在模塊內(nèi)提供BLE專業(yè)知識(shí)，加速了初始開(kāi)發(fā)，原型創(chuàng)建和批量生產(chǎn)。

圖5：Laird BL600藍(lán)牙智能模塊比電池小。

Cellular

還有其他方法可以推動(dòng)無(wú)線模塊的小型化。使用陶瓷襯底似乎是一種昂貴的方法，但是這可以允許諸如電容器，電阻器甚至電感器的部件進(jìn)入襯底的不同層。這使得濾波器可以輕松地包含在模塊中，從而減小了整體尺寸，因?yàn)椴恍枰獠糠至⒃?/p>

陶瓷技術(shù)還可以通過(guò)其他方式幫助無(wú)線系統(tǒng)的小型化。對(duì)于使用MIMO（多輸入，多輸出）拓?fù)鋪?lái)提高性能的蜂窩系統(tǒng)，SAW濾波器的大小是關(guān)鍵考慮因素。因此，京瓷開(kāi)發(fā)了一種用于分集的微型SAW濾波器模塊，適用于需要小型化和低外形的通信終端。

圖6：將分立元件集成到基板中該模塊減小了京瓷SAW濾波器的尺寸。

模塊尺寸為2.5 mm x 2.0 mm x 1.1 mm，采用小型SAW濾波器，將匹配電路和雙工器集成到陶瓷基板中，支持通過(guò)專有的樹脂模塑結(jié)構(gòu)。具有低插入損耗和高衰減的濾波器特性來(lái)自匹配電路和雙工器的設(shè)計(jì)，較小的尺寸來(lái)自將外部元件集成到陶瓷多層基板中。通過(guò)在安裝有SAW濾波器，電容器或電感器的基板上涂覆樹脂，該模塊也變得更加堅(jiān)固和可靠。

結(jié)論

模塊可用于縮短無(wú)線系統(tǒng)的上市時(shí)間和資格認(rèn)證時(shí)間，但憑借創(chuàng)新的設(shè)計(jì)技術(shù)，它們也被用作小型化的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。減少無(wú)線鏈路的大小和復(fù)雜性正在將該技術(shù)推向越來(lái)越多的應(yīng)用。通過(guò)幾平方毫米的簡(jiǎn)單藍(lán)牙模塊，設(shè)計(jì)人員可以輕松實(shí)現(xiàn)無(wú)線連接，從而將其擴(kuò)展到具有不同模塊的更復(fù)雜設(shè)計(jì)。通過(guò)將天線和匹配電路集成到具有優(yōu)化的硅控制器和電源管理的模塊中，可以減小接口的整體尺寸。將外部元件集成到模塊的基板中可以擴(kuò)展這種小型化，從而進(jìn)一步減小設(shè)計(jì)尺寸。