硬件设计参考

更新时间:2024-06-20 09:14:32下载pdf

保活 Wi-Fi 是一种超低功耗保持长连接的 Wi-Fi 方案,设备睡眠功耗可低至 uA 级。方案模组由一颗高集成度的无线射频处理器芯片和外扩 MCU 及少量外围器件构成,支持板载天线和 IPEX 外置天线,提供了全面的多协议无线连接,提供串口接口与其他业务 MCU 实现交互。

硬件设计

涂鸦保活 Wi-Fi 免开发方案使用到模组涂鸦的 Wi-Fi 通讯模组 HPWSMS1

  • 板载天线推荐参考涂鸦设计仿真的倒 F 天线模型
  • 外接IPEX天线可以根据产品结构进行适配打样。

原理图参考

  • 供电设计:相关电路工作电压 3.3V,需 Wi-Fi 芯片和 RTL8762 分开两路供电,预留磁珠 FB1 和 FB2 作为电流的测试点。

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  • HPWSMS1 Wi-Fi 模组接线设计:

    • 3.3V_Wi-Fi 供电引脚需要按照图示放置滤波电容。

    • 引脚 49、29、82、94 放置 1uF/10V 滤波电容。

    • 引脚98放置10uF/10V滤波电容。

    • 引脚78放置0.1uF/16V滤波电容。

    • 模组的主要信号 HOST_BYP_ULP_WAKEUPSLEEP_IND_FROM_DEVULP_GPIO_6,ULP_GPIO_5RESET_N 注意串接电阻后和 RTL8762 的对应接口连接。

    • WIFI_UART1_RXWIFI_UART1_TX 作为 Wi-Fi 模组和 RTL8762 的通讯接口,同时需要预留测点作为工装烧录使用。

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    • RESET_N 的信号需要 10MR 的下拉电阻,请和参考设计保持一致。

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    • 引脚 92 POC_OUT 和引脚 65 POC_IN 通过 0R 相连,POC_IN 预留 NC 电阻 R10 连接到 RTL8762 控制。

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    • 射频 RF 通路只能接到引脚 32,并在设计 Layout 时注意阻抗匹配 50 Ω。天线可以根据产品需要使用板载或者IPEX天线。

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  • RTL8762 开发板设计:

    • 晶体推荐 40MHZ-±10PPM-9PF–30-85℃-SX3225-贴片,频偏小于等于 10ppm,封装更通用。推荐 32.768KHz-20ppm-7pF-SMD2012。

    • VDD12 的电源脚至少放置0.1uF X5R 6.3V电容及以上,推荐参考上面电路图的放置,保持一致。

    • L2 需要使用功率电感,额定电流必须 > 0.5A, DCR < 1Ω,SRF>40MHz。

    • C15 推荐 2.2uF/X5R/10V。

    • VBAT_8762 和 VDDIO_8762 都是 3V3

    • 引脚 39 和 21 使用 1uF/6.3V+0.1uF/6.3V 滤波电容组合。

    • 引脚32使用4.7uF/6.3V滤波电容。

    • #RESET信号使用10K电阻上拉至VBAT_8762。

    • 以下信号需要预留测点,以便调试和产测:

      • P0_3:用于查看日志。
      • UART2_TX/UART2_RX:用于烧录升级。
      • SWDCLK/SWDIO:用于 JTAG 调试,
      • 3V3和GND:也需要留测点,以便调试使用。

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PCB设计参考

  • 模组 HPWSMS1 的电源 3.3V_WIFI 的电源网络要星型拓扑,走线至少20mil。

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  • RTL8762 电感 L2 靠近芯片管脚放置,保证电感环路最小。

    硬件设计参考

  • RF 射频通路需要注意两边打地孔包地,做好 50 Ω 阻抗匹配。

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  • 测点位置需要考虑产测的工装测架的便利性,总结上述内容,需要测点引出的信号有3.3V、GND、P0_3、WIFI_UART1_TX、WIFI_UART1_RX、UART2_TX、UART2_RX、SWDCLK、SWDIO。

结构设计

设计产品 ID 时,您需要先考虑天线的位置,并确定使用板载天线还是外接 IPEX 天线。

建议:结构设计初期就和天线制作商确认天线位置和注意事项。

板载天线注意事项

  • 使用 PCB 板载天线时,为确保 Wi-Fi 性能的最优化,建议模组天线部分和其他金属件距离至少在15mm以上。用户PCB板在天线区域勿走线甚至覆铜,以免影响天线性能。

  • 板载天线的最终性能特性取决于产品的结构、材质、以及模组放置位置、底板的尺寸形状等因素,整机产品性能要以实际测试为准。

  • 如果结构允许,可以保证板载天线贴在整机产品的非金属外壳或者预留足够的净空区域,可以考虑使用模组的板载天线,天线的PCB布局尽量参考下面的图4.1至图4.3。保证天线下方的区域没有基板介质,周围没有铺铜的影响。近距离的 铜皮会影响天线的谐振点,同时过近的基板介质会降低天线辐射效率。推荐图4.1所示的板载天线放置。

    • 天线位于板框外:

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    • 天线板边,框内不要铺铜:

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    • 天线半板框内,区域挖空:

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上述几种方案的核心要点是,确保印制天线正下方或者正上方没有基板介质和整机产品的金属结构件,确保印制天线的周围远离金属铜皮,这样可以在最大程度上保证天线的辐射效果。

外接IPEX天线注意事项

  • 对于整机产品的 Wi-Fi 模组,最佳的方式是使用 IPEX 外接天线,方便天线放置在最佳的位置,远离金属件的干扰。

  • 为了让 FPC 天线的固定,可以选择粘贴在非金属壳,或者使用天线支架。

  • 外置 IPEX 天线的摆放与设计和整机的结构密切相关,请根据实际结构设计评估天线,并以实际结构调试射频性能,以满足各项认证法规。模组只能保证板端的射频性能,无法覆盖形式多样的整体性能。

  • 推荐 IPEX 连接器规格如下:

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  • 其他布局注意点:

    • 模组离开喇叭、电源开关、Camera、HDMI、USB 等其他高速信号 3cm 以上,避免引起干扰。
    • 天线区域下方净空,禁止布线,禁止有其他介质层,避免结构件的干涉。
    • 天线附近避免金属遮挡,如有同频信号干扰需充分评估保证隔离度。
    • 天线辐射方向禁止金属遮挡。

BOM 列表

物料编码 物料描述 制造商 制造商型号 数量 位置
1.14.99.00020 其它接插件;IPEX天线座;UB06000004A;外环2MM&内针0.5MM;磷铜镀金;-40℃~+90℃;贴片 优比 UB06000004A 1 ANT1
2.06.03.01057 物料组合;瓷介电容;贴片;X5R;10UF;±10%;16V;0805 电容 201 1 C1
2.06.03.01148 物料组合;瓷介电容;贴片;X5R;1UF;±20%;6.3V;0201 电容 292 8 C2 C10 C16 C17 C19 C22 C24 C32
2.06.03.00857 物料组合;瓷介电容;贴片;X5R;0.1UF;±10%;6.3V;0201 电容 001 7 C3 C11 C18 C20 C21 C23 C25
2.06.03.01150 物料组合;瓷介电容;贴片;X5R;10UF;±20%;10V;0402 电容 294 1 C4
2.06.03.01154 物料组合;瓷介电容;贴片;X5R;1UF;±10%;10V;0402 电容 298 3 C5 C6 C29
2.06.03.01031 物料组合;瓷介电容;贴片;COG;22PF;±5%;50V;0402 电容 175 1 C8
2.06.03.01145 物料组合;瓷介电容;贴片;X5R;4.7UF;±20%;6.3V;0402 电容 289 1 C12
2.06.03.00972 物料组合;瓷介电容;贴片;X5R;2.2UF;±10%;10V;0402 电容 116 1 C15
2.06.03.01136 物料组合;瓷介电容;贴片;C0G;12PF;±5%;50V;0201 电容 280 2 C26 C27
1.04.03.00007 磁珠;180R@100MHZ;0.09R;1.5A;0603;贴片; 顺络(Sunlord) PZ1608D181-1R5TF 1 FB1
1.04.03.00009 磁珠;120R@100MHZ;0.12R;1A;0402;贴片; 顺络(Sunlord) PZ1005U121-1R0T 1 FB2
1.04.02.00625 功率电感;4.7UH;0.2;0.125R;1.09A;3.03.01.5;贴片; 顺络(Sunlord) SWPA3015S4R7MT 1 L2
2.06.03.00028 物料组合;贴片电阻;0402;0R;±5%;1/16W;;;; 贴片电阻 4355 13 R1 R2 R5 R7 R8 R9 R11 R12 R13 R14 R16 L1
2.06.03.00032 物料组合;普通电阻;1K;±1%;0402;1/16W;贴片;;; 普通电阻 4361 1 R3
2.06.03.00733 物料组合;普通电阻;10M;±5%;0201;1/20W;贴片; 电阻 688 1 R4
2.06.03.00047 物料组合;普通电阻;10K;±5%;0402;1/16W;贴片;50V 电阻 002 1 R15
1.17.13.00587 无线收发芯片;蓝牙;-40℃~105℃;QFN40;贴片; 瑞昱(Realtek) RTL8762CMF 1 U2
2.01.01.102735 通用Wi-Fi模块;WIFI+BLE;HPWSMS1;RS9116;外置天线(没有ipex座子,要直接焊接到底板上。天线端在底板上); tuya HPWSMS1 1 U1
2.06.03.00859 物料组合;瓷介电容;贴片;X7R;0.1UF;±10%;16V;0402 电容 003 1 C7 C28
2.06.03.00981 物料组合;瓷介电容;贴片;X5R;1NF;±10%;25V;0201 电容 125 1 C9
1.03.02.00724 晶体;32.768KHZ;±20PPM;7PF;65K;-40℃~85℃;/;2012;贴片; EPSON X1A0000610006xx 1 Y1
1.03.02.00762 晶体;40MHZ;±10PPM;15PF;30R;-40℃~85℃;±20PPM;3225;贴片; 惠伦 3S40000066 1 Y2
1.21.05.00764 PCB基板;S-MSL1-S-HX-001_V1.0.0;36361.2MM;4L;化学沉金;绿色/白色;半孔;有卤; 1
1.02.99.00026 瓷介电容;贴片;X5R;1NF;±10%;25V;0201 村田(Murata) GRM033R71E102KA01D 1 C9
1.02.05.00842 瓷介电容;贴片;X7R;1NF;±10%;25V;0201 华科 0201B102K250CT / /
1.02.05.00837 瓷介电容;贴片;X7R;1NF;±10%;25V;0201 国巨(Yageo) CC0201KRX7R8BB102 / /
1.03.02.00724 晶体;32.768KHZ;±20PPM;7PF;65K;-40℃~85℃;/;2012;贴片; EPSON X1A0000610006xx / /

对接流程

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