Utiliser un module combiné Wi-Fi/Bluetooth complet pour simplifier la connectivité IoT

Une boucle de rétroaction positive entre avancées technologiques et avancées liées aux produits fonctionne comme suit : les avancées technologiques augmentent la demande du marché en matière de produits, tandis que la demande entraîne de nouvelles avancées. Ce cycle se répète, et les composants et produits à la fois rares et coûteux deviennent rapidement des articles de base bon marché. C'est notamment le cas des ordinateurs portables, des smartphones et des téléviseurs à écran plat.

On constate également ce phénomène dans le domaine de la connectivité sans fil pour l'Internet des objets (IoT). La conception et la fabrication de fonctions sans fil, même pour des applications à faible volume, sont généralement l'œuvre d'une poignée de « magiciens » RF. Il s'agit notamment de spécialistes capables de concevoir des circuits qui fonctionnent à quelques centaines de mégahertz seulement, et des entreprises qui les fabriquent, souvent à un coût relativement élevé. Ces derniers temps, je suis stupéfait par la disponibilité de circuits intégrés RF complets dans la plage des gigahertz (GHz), qui permettent d'implémenter rapidement une connectivité sans fil hautement sophistiquée à faible coût, avec une empreinte miniature et des fonctionnalités extraordinaires.

Évidemment, le terme « complets » est souvent interprété différemment par le fournisseur et par l'utilisateur. Alors que chaque dispositif actif nécessite une source d'alimentation et très probablement quelques condensateurs de découplage, les concepteurs doivent peut-être aussi ajouter d'autres composants actifs et passifs pour garantir le bon fonctionnement du système. La notion de « circuit complet » dépend donc des composants et de leur nombre.

Les modules complets simplifient la conformité réglementaire

Pour les fonctions RF, avoir un dispositif complet est essentiel. Une solution RF complète peut éliminer deux des principaux défis liés à la conception RF :

• Garantir le respect des exigences fonctionnelles complexes liées aux normes sans fil prises en charge par le circuit

• Respecter les nombreuses réglementations strictes relatives aux émissions hors bande (OOB), aux interférences électromagnétiques (EMI) et aux perturbations radioélectriques (RFI) afin de rationaliser le processus de certification du produit

Ces problèmes de conception se compliquent lorsque le circuit et les fonctions de la liaison sans fil doivent prendre en charge plusieurs versions d'une même norme, comme les nombreuses variantes Wi-Fi (IEEE 802.11xx). La situation est d'autant plus délicate lorsqu'ils doivent prendre en charge différentes normes, comme le Bluetooth. Même les concepteurs chevronnés sont prudents quant au développement d'une liaison RF complète pour répondre à une seule norme de l'industrie. La prise en charge de plusieurs normes sans fil sur une même puce est une proposition encore plus risquée.

Les modules offrent une solution complète

Une alternative consiste à opter pour le dispositif Type 2BZ (LBEE5XV2BZ-883) de Murata Electronics, un module émetteur-récepteur WLAN Wi-Fi et Bluetooth double bande 2,4 GHz et 5 GHz. Cette solution combinée prend en charge le Wi-Fi 802.11a/b/g/n/ac avec entrées multiples et sorties multiples (MIMO) 2×2, ainsi que le Bluetooth 5.2 BR (Basic Rate), EDR (Enhanced Data Rate) et LE (Low Energy). Le débit de données de sa couche physique (PHY) atteint 866 mégabits par seconde (Mbps) pour le Wi-Fi et 3 Mbps pour le Bluetooth.

Les applications cibles incluent les dispositifs sensibles en termes de taille et de puissance, comme les nœuds IoT, les systèmes sans fil portables, les systèmes domotiques, les passerelles et d'autres dispositifs devant répondre aux normes FCC/CE/IC/TELEC. Le module à montage en surface entièrement blindé ne pèse que 0,36 gramme (g), avec une empreinte de seulement 11,4 millimètres (mm) × 8,9 mm et une hauteur de 1,4 mm (Figure 1).

Figure 1 : Le LBEE5XV2BZ-883 entièrement blindé est un module émetteur-récepteur combiné pour Wi-Fi et Bluetooth qui simplifie l'implémentation d'une connectivité sans fil. (Source de l'image : Murata Electronics)

Le LBEE5XV2BZ est basé sur le système sur puce (SoC) AIROC CYW54590 d'Infineon Technologies. Le CYW54590 inclut les amplificateurs de puissance (PA) RF pour l'émetteur, ainsi que les amplificateurs à faible bruit (LNA) pour le récepteur (Figure 2). Le module résout les problèmes critiques d'adaptation RF, de filtrage et d'interfaçage d'antenne. Il élimine ainsi les nombreux défis liés à la création et à la certification d'un circuit RF et du logiciel associé.

Figure 2 : Le module Type 2BZ est basé sur le SoC combiné Wi-Fi 5 et Bluetooth 5.1 CYW54590, avec amplificateurs de puissance et amplificateurs à faible bruit intégrés. (Source de l'image : Infineon Technologies)

Le module prend en charge jusqu'à trois antennes : une pour le Bluetooth et deux pour le Wi-Fi. Par ailleurs, le trajet du signal de réception Bluetooth et WLAN partagé élimine le recours à un répartiteur de puissance externe tout en garantissant une excellente sensibilité pour le Bluetooth et le Wi-Fi.

Le CYW54590 offre bien plus que des fonctionnalités RF complètes. Sa section WLAN prend en charge une interface SDIO standard, tandis que sa section Bluetooth prend en charge une interface de contrôleur hôte (HCI) haute vitesse à quatre fils, un émetteur-récepteur universel asynchrone (UART) et la modulation par impulsions et codage (PCM) pour les données audio (Figure 3).

Figure 3 : Le module Type 2BZ implémente l'interface complète entre le processeur hôte et jusqu'à trois antennes pour les fonctionnalités Wi-Fi et Bluetooth. (Source de l'image : Murata Electronics)

Le micrologiciel d'exploitation embarqué est tout aussi essentiel. Le CYW54590 implémente des algorithmes et des mécanismes matériels de coexistence hautement sophistiqués et collaboratifs afin d'optimiser la connectivité Wi-Fi et Bluetooth simultanée.

Notez qu'un autre module, le LBEE5XV1XA-540 de Murata, ajoute des capacités RSDB (Real Simultaneous Dual Band) pour prendre en charge deux réseaux Wi-Fi en même temps, un dans la bande 2,4 GHz et un autre dans la bande 5 GHz. Basé sur le système sur puce AIROC CYW54591RKUBGT d'Infineon, le LBEE5XV1XA-540 réduit la latence dans la diffusion audio/vidéo ou dans les applications de passerelle.

Le côté complet de ces modules se manifeste par le nombre minimum de composants externes requis : quelques condensateurs de découplage standard et quelques résistances d'excursion haute pour les lignes de données SDIO. La nécessité de n'utiliser que deux rails d'alimentation, l'un de 3,3 volts (V) (nominal) pour le fonctionnement et l'autre de 1,8 V ou 3,3 V pour les lignes E/S, simplifie également l'intégration.

Conclusion

Les concepteurs n'ont plus besoin d'avoir des compétences avancées en systèmes et en circuits RF pour embarquer une interface Wi-Fi et Bluetooth multiformat et multibande sophistiquée. Le module émetteur-récepteur Wi-Fi/Bluetooth Type 2BZ de Murata Electronics, avec son système sur puce combiné CYW54590, et ses interfaces d'adaptation RF, de filtrage et d'antenne, offre une solution prête à l'emploi qui répond aux exigences fonctionnelles et réglementaires.