Esta combinación de Wi-Fi/Bluetooth hace que la implementación de la conectividad IoT sea mucho más fácil

Los diseñadores de circuitos de RF (radiofrecuencia) aún se consideran invocadores de alguna combinación de magia y arte. A pesar de las sofisticadas herramientas de modelado y simulación, todavía puede haber muchas sorpresas con la realización real del hardware de RF. Estas sorpresas exigen la experiencia y el poder de investigación, prueba y depuración de los diseñadores de RF para cumplir con las métricas actuales de rendimiento y uso de energía de CC.

Cumplir con estas métricas mediante un enfoque artesanal es un desafío, pero se puede lograr para frecuencias de hasta varios cientos de MHz (megahercios). Más allá de eso, los enfoques artesanales han llegado a sus límites debido a los presupuestos ajustados, los cortos tiempos de comercialización, los requisitos reglamentarios y las crecientes demandas de rendimiento de los usuarios finales.

Los diseños actuales de enlaces inalámbricos necesitan:

• Proporcionar un rendimiento superior compatible con múltiples bandas inalámbricas
• Implementar conectividad Wi-Fi y Bluetooth
• Requerir un esfuerzo mínimo de diseño, depuración e integración
• Utilizar un espacio mínimo en la placa y alimentación de CC
• Cumplir con los estándares técnicos inalámbricos IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos) relevantes
• Cumplir con los numerosos mandatos regulatorios estrictos para parámetros como emisiones fuera de banda, EMI (interferencia electromagnética) y RFI (interferencia de radiofrecuencia)
• Poder fabricarse en volumen y a bajo costo (sin ajustes manuales)

Un método de DIY (bricolaje) que usa componentes discretos no puede cumplir con estos requisitos. Además del ajuste manual y la fabricación artesanal asociados, los discretos aumentan los desafíos de espacio, costo, inventario y abastecimiento.

Otra opción es utilizar conjuntos de chips con IC (circuitos integrados) de uno o más proveedores. Sin embargo, lograr que estos IC independientes y sus dispositivos discretos asociados funcionen juntos puede ser desalentador, y pasar las pruebas para la aprobación reglamentaria aumenta la cuestión del tiempo de comercialización.

Los potentes IC brindan funcionalidad, características y conveniencia

Afortunadamente, el desafío de conectividad se ha simplificado. Un buen ejemplo es la familia de SoC (sistemas en chip) de Wi-Fi y Bluetooth combo (combinados) AIROC CYW5557x de Infineon Technologies AG (Figura 1). Proporcionan conectividad de IoT (Internet de las cosas) perfecta y de alto rendimiento mientras que minimizan la energía operativa.

Figura 1: La familia CYW5557x combina conectividad Wi-Fi y Bluetooth para dispositivos de IoT. (Fuente de la imagen: Infineon Technologies)

Los miembros de la familia admiten características de Wi-Fi 6/6E con capacidad de tres bandas (2.4 GHz, 5 GHz y 6 GHz) y están disponibles en configuraciones de matriz de antena de SISO 1×1 (entrada única, salida única) y MIMO 2×2 (entrada múltiple, salida múltiple). La familia también cuenta con una PMU (unidad de gestión de energía) integrada.

La radio Wi-Fi se conecta al procesador anfitrión a través de una interfaz PCIe (interconexión de componentes periféricos exprés) v3.0 Gen2 o SDIO (entrada/salida de Secure Digital) 3.0, mientras que la interfaz del anfitrión Bluetooth utiliza una interfaz UART (Transmisor Receptor Asíncrono Universal) de 4 cables de alta velocidad. Además, el CYW5557x admite interfaces PCM (modulación de código de pulso) e I²S (sonido Interchip integrado) para aplicaciones de audio Bluetooth e interfaces de coexistencia para chips LTE (evolución a largo plazo) e IEEE 802.15.4 externos.

El CYW55572 admite:

• Wi-Fi 6 (2.4 GHz, 5 GHz), MIMO 2×2, características de las versiones 1 y 2: OFDMA (acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal), MU-MIMO (MIMO multiusuario), TWT (tiempo de espera objetivo) y DCM (modulación de doble portadora)
• Canales de 20/40/80 MHz, QAM (modulación de amplitud en cuadratura) de 1024 y una velocidad de datos de PHY (capa física) de hasta 1.2 Gbps (gigabits por segundo)
• Características mejoradas de alcance, ahorro de energía y eficiencia de red
• Seguridad multicapa para la protección de subsistemas individuales durante todo el ciclo de vida del producto
• Coexistencia inteligente entre Wi-Fi y Bluetooth, o las radios LTE o 15.4 externas
• Bluetooth 5.3, funcionamiento en modo dual
• Audio LE (bajo consumo) con transmisión Auracast
• Una opción de transmisión Bluetooth de 20 dBm (decibeles con referencia a 1 milivatio), 13 dBm o 0 dBm

Un miembro similar de la familia, el CYW55573, se diferencia del CYW55572 principalmente porque ofrece conectividad Wi-Fi de tres bandas Wi-Fi 6/6E (2.4 GHz, 5 GHz y 6 GHz).

Los beneficios de la familia CYW5557x van más allá de las características de soporte básicas anteriores porque se ofrece:

• Latencia extremadamente baja y característica de funcionamiento virtual, simultáneo y de doble banda para una transmisión perfecta de audio y video
• Aumento del alcance para asegurar que los dispositivos se mantengan conectados a un punto de acceso remoto
• Características de resistencia de red mejoradas para asegurar la mejor transmisión de video/audio en entornos de red congestionados o superpuestos
• Características avanzadas de ahorro de energía para maximizar la duración de la batería
• Liberación de red para ahorrar consumo de energía del sistema
• Seguridad multicapa para la protección de subsistemas individuales durante todo el ciclo de vida del producto

Además, funcionan en un rango de temperatura de -40 °C a +85 °C y están disponibles en paquetes FCBGA (paquete de matriz de rejilla de bolas flip chip), WLCSP (paquete de escala de chip de nivel de oblea) y WLBGA (paquete de matriz de rejilla de bolas de nivel de oblea).

No es necesario reinventar un diseño de rueda complejo

Los conjuntos de chips CYW5557x son funcionalmente completos, pero cada diseño necesita componentes asociados, incluido un regulador CC-CC, pasivos para derivación y un diseño de placa de circuito adecuado.

En lugar de diseñar una nueva placa de circuito desde cero, puede aprovechar módulos certificados y reglamentarios listos para producción para acelerar el tiempo de comercialización. Solo instale el software de conectividad, verifique el diseño y pase a producción.

Por ejemplo, el módulo de evaluación Embedded Artists AB EAR00413 2EA M.2 (desarrollado en conjunto con Murata Electronics utilizando su módulo 2EA) le permite impulsar rápida y fácilmente el desarrollo de aplicaciones (Figura 2). Esta placa de interfaz compatible con PCIe viene en un factor de forma M.2 (22 × 44 mm), utiliza el conjunto de chips AIROC CYW55573 y admite Wi-Fi 6E, MIMO 2x2 802.11 a/b/g/n/ac/ax y conectividad Bluetooth 5.2.

Figura 2: La placa de evaluación EAR00413 para AIROC CYW55573 viene en un factor de forma M.2. (Fuente de la imagen: Embedded Artists AB)

La placa es una solución certificada "directa" en un factor de forma estandarizado, ofrece acceso a controladores de software en buen estado (Linux SDK) y cuenta con soporte adicional de Embedded Artists, incluido soporte de depuración avanzada.

Otro beneficio para los diseñadores es que la experiencia en RF no es un requisito previo. La hoja de datos reconoce antenas SISO y MIMO específicas de banda única y multibanda de terceros.

Conclusión

Implementar y soportar un enlace de datos de alto rendimiento y bajo consumo para las últimas versiones de Wi-Fi y Bluetooth es un desafío de diseño y depuración. Los SoC combinados de Wi-Fi/Bluetooth CYW5557x altamente integrados de Infineon Technologies, junto con el soporte de software y módulos de terceros, simplifican el proceso y acortan el tiempo de comercialización de los diseños de IoT.