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Wi-Fi基带芯片和Wi-Fi无线网卡设计方案

Wi-Fi基带芯片和Wi-Fi无线网卡设计方案-目前Wi-Fi芯片的发展趋势除了最高速率54Mbps的IEEE 802.11b/g基带芯片外,有下面几种发展趋势:

  1999年工业界成立了Wi-Fi联盟,努力处理契合802.11规范的产品的出产和设备兼容性问题。

  Wi-Fi不只使用于现在出售的简直每一部智能手机中,并且简直使用于一切的掌上游戏机、平板电脑、笔记本电脑中。在触及轿车、数码相机、电子书阅读器、蓝光设备和个人视频录像机以及每一种设备的很多新使用中都有Wi-Fi芯片组。因而,商场研讨公司In-Stat猜测2012年Wi-Fi芯片组的年出货量将超越10亿套。

  现在Wi-Fi芯片的开展趋势除了最高速率54Mbps的IEEE 802.11b/g基带芯片外,有下面几种开展趋势:

  趋势一: 高速率方向开展。这类芯片支撑最低支撑1 x 1的802.11n规范,最高速率可达150Mbps。选用MIMO技能的802.11n芯片最高速率达300Mbps或以上,首要用于高清图画的传输; 值得重视的是,高速率芯片的支撑规范将从IEEE 802.11n过渡到IEEE 802.11ac(6GHz以下频段,最大速率可达1Gbps)和IEEE 802.11ad(60GHz作业频段,最大速率可达7Gbps)。

  趋势二: 低功耗、低速率方向开展。这类芯片着重低功耗,对速率要求低,最大速率可认为2Mbps,只需支撑IEEE 802.11b规范即可,在工业使用、物联网使用中有很大的商场。

  趋势三: 和其他网络的交融, 如和3G以及未来4G网络的交融。

  Wi-Fi基带芯片的架构依据是否选用处理器来区别的话,一般有以下几种:

  第一种为全硬件型,不选用处理器,整个芯片的MAC(Medium Access Control,媒体访问控制)层和Phy(Physical layer, 物理层)悉数由硬件逻辑完结。

  第二种为半软半硬型,在MAC层选用处理器,一般为MIPS内核,也有少部分选用ARM内核;物理层选用硬件逻辑完结。

  第三种为全软型,这种芯片选用高速DSP,MAC和Phy悉数由软件完结。

  这几种类型各有优缺点,市面上都有。一般来说,第一种全硬件型规划难度相对大些,处理速度相对快些。并且由于没有处理器,成本会相对低些。第三种全软件型,能够灵敏装备和晋级,跟着DSP的高速、小面积和低功耗开展,全软件型规划的比重会逐步添加。

  SCI基带芯片介绍

  S901芯片结构:本文介绍的Wi-Fi基带芯片是SCI的第1代Wi-Fi基带芯片, 工艺为0.18微米CMOS,接口为USB 2.0接口。归于前面提到的第一种全硬件类型,芯片内部的MAC和PHY悉数由硬件完结。芯片结构如图1所示:整个基带芯片分为USB接口部分、MCU、MAC、PHY、ADC/DAC。内置MCU履行USB固件程序。

  

  图1: SCI第一代基带芯片S901结构图

  开发流程:整个规划选用自顶向下的规划办法,先规划芯片的架构,将芯片分为驱动、MAC、Phy三个首要部分。驱动部分的规划选用软件工程的规划办法进行;由于驱动运行在PC端,要和硬件(网卡)进行数据交互,所以,首先要拟定通讯报文。MAC部分的规划在剖析协议后,进行软硬件区分,确认那些由硬件完结,那些由软件完结。物理层触及较多的通讯算法,如帧同步算法、频率同步(粗频率同步,细频率同步)、信道估量、编码解码、调制解调等,需求先进行仿真确认算法。整个物理层的开发流程如图2所示。

  

  图2: 物理层开发流程

  仿真:开发过程中,物理层的算法都通过严厉的仿真,仿真成果满意规划目标后才开端进行HDL规划。下图3是OFDM调制解调54Mbps仿真成果。规范规则 :PER《10% ,SNR》25@54Mbps。

  

  图3: OFDM 54Mbps仿真成果。

  技能特色:基带部分不选用处理器,减小芯片面积和进步处理速度;片内MCU担任履行USB的固件程序和履行MAC层及物理层的装备;物理层中心算法选用自主专利算法;支撑WAPI、IEEE802.11i加密规范,多种加密方法无缝集成;MAC实时性要求不高的部分由软件完结,便于晋级和保护。

  芯片面积:芯片的逻辑单元为:863K gates(MAC+PHY+USB+MCU) MEMORY巨细为:271Kbits。在0.18um下的Die size为:23mm2(包含ADC/DAC/LDO等模仿部分)。S901芯片地图如图4所示。

  

  图4: S901芯片地图。

  芯片功耗:整个基带包含内部ADC/DAC的功耗如表1所示。

  

  表1: S901功耗表。

  根据SCI Wi-Fi基带芯片的无线网卡规划

  SWM9001 Wi-Fi无线网卡的结构和首要技能目标

  SWM9001是根据姑苏中科半导体集成技能研制中心有限公司(灵芯集成)具有自主知识产权的射频芯片S103和基带芯片S901规划的Wi-Fi无线模组, 该产品在2011年9月30日取得Wi-Fi联盟的产品认证,认证号为WFA12939。该无线模组是国内第一家使用自主知识产权Wi-Fi芯片规划而取得认证的产品。 下图5是网卡的结构图,图6是网卡外形图。

  

  图5: SWM9001网卡构成。

  

  图6: SWM9001外形。

  SWM9001网卡的首要目标特性如下:

  * 契合IEEE802.11b/g/e/h/i规范,一起支撑WAPI加密规范;

  * 加密规范: 64/128/152bitWEP, WPA/WPA2/WPA-PSK/WPA2-PSK, WAPI;

  * 接口:USB2.0;

  * 传输速率:6/9/12/18/24/36/48/54Mbps@ 802.11g; 1/2/5.5/11Mbps @802.11b;

  * 调制方法: BPSK/QPSK/16QAM/64QAM@11g;

  DQPSK/DBPSK/DSSS/ CCK@802.11b;

  * 接纳灵敏度:-71dBm@11g, 54M; -90dBm @11b, 11M;

  * 驱动:Window ME/SE/XP/2000/Vista/Win7, Linux 2.6.28and Android 2.1/2.2/2/3;

  * 传输间隔:室内100米,室外:300米。

  使用规模:灵芯集成为该参阅规划供给完好的处理方案(原理图,PCB, BOM表,驱动程序),产品规划充分考虑了功耗、稳定性、易用性和可扩充性。性能在同类产品中处于领先地位, 价格具有适当的竞赛优势。

  该Wi-Fi无线模组能够使用于PC机无线网卡,无线视频传输,家庭无线网关,工业数据无线传输等场合。

  SWM9001无线网卡的规划技巧和留意事项

  无线网卡的电路首要包含射频前段模块(FEM)、射频模块(RF)、基带芯片和电源部分。规划中需求留意的事项首要是射频前段模块(FEM)、射频模块(RF)的电磁兼容和搅扰问题:

  1) FEM的滤波电容100uF; 由于FEM的PA部分作业电流所占比严重,需求大容量的滤波%&&&&&%;

  2) Wi-Fi射频单元的电源输入需串入一个磁珠,用来按捺电源线上的高频噪声和尖峰搅扰,进步发射精度;

  3) 有源晶振(40MHz)时钟线宽不得小于8mil,最好在顶层(Top layer)或底层(Bottom layer)走线;不得在内电层走40MHz时钟,时钟线越短越好,如需穿孔,引荐孔巨细为外径30mil,内径15mil;

  4) 在四层PCB上引荐的50ohm阻抗线宽为12mil;射频部分有必要保存完好的地平面;

  5) PCB布局时,DC-DC最好接近USB接口;时钟线离50ohm阻抗线越远越好。

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