1、WIFI简介:
WIFI是一种能够将个人电脑、手持设备等终端以无线方式互相连接的技术,是一个路通信技术的品牌,由Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)所持有。目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。使用IEEE 802.11系列协议的局域网就成为Wi-Fi。甚至把Wi-Fi等同于无线网际网路,其实WIFI只是无限局域网中的一部分而Wi-Fi(WirelessFidelity,无线相容性认证)的正式名称是“IEEE802.11b”。
WIFI技术由澳洲政府的研究机构CSIRO在90年代发明并于1996年在美国成功申请了无线网技术专利,并收取了世界上几乎所有电器电信公司包括苹果,英特尔,联想,戴尔,AT&T,索尼,东芝,微远,宏基,华硕,等等的专利使用费,发明人是悉尼大学工程系毕业生Dr John O'Sullivan领导的一群由悉尼大学工程系毕业生组成的研究小组。
现在全球每天估计会有30亿台电子设备使用WIFI技术,而到2013年底CSIRO的无线网专利过期之后,这个数字预计会增加到50亿。
WIFI的工作频段与频点:
IEEE 802.11系列协议包括:Wi-Fi或802.11G在2.4Ghz频段工作,所支持的速度最高达54Mbps,802.11N工作在2.4Ghz或者5.0Ghz,最高速度600Mbps;另外还有两种802.11空间的协议,包括(a)和(b: 规范是IEEE 802.11网络规范的扩展,最高带宽为11 Mbps,在信号较弱或有干扰的情况下,带宽可调整为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps,带宽的自动调整,有效地保障了网络的稳定性和可靠性。它们也是公开使用的,802.11G/N在世界上最为常用。在2.4Ghz频段内其有14个信道,它们的频点分别是:
信道1: 2412MHz
信道2: 2417 MHz
信道3: 2422 MHz
信道4: 2427 MHz
信道5: 2432 MHz
信道6: 2437 MHz
信道7: 2442 MHz
信道8: 2447 MHz
信道9: 2452 MHz
信道10: 2457 MHz
信道11: 2462 MHz
信道12: 2467 MHz
信道13: 2472 MHz
信道14: 2484 MHz
2、关于WIFI天线与模块:
从WIFI工作的各信道我们可以看出WIFI毕竟是一高频性质的产品,它不象普通的消费类电子产品,生产设计的时候会有一些莫名其妙的现象和问题,让一些没有高频设计经验的工程师费尽心思,有相关经验的从业人员,往往也是需要借助昂贵的设备来协助分析!
对于WIFI部分的处理,有直接把WIFI部分layout到PCB主板上去的设计,这种设计,需要勇气和技术,因为本身模块的价格不高,主板对应的产品价格不菲,当有WIFI部分产生的问题,调试更换比较麻烦,直接报废可惜;所以很多设计者都愿意采用模块化的WIFI部分,这样可以直接让WIFI部分模块化,处理起来方便,而且模块可以直接拆卸,对于产品的设计风险和具体的耗损也有很大帮助。
WIFI具体的硬件设计应该和相关WIFI模块咨询时,要考虑清楚以下方面:
通信接口方面:目前基本是采用USB接口形式,PCIE和SDIO的也有少部分,PCIE的市场份额应该不大,多合一的价格昂贵,而且实用性不强,集成的很多功能都不会使用,其实也是一种浪费。
供电方面:多数是用5V直接供电,有的也会利用主板设计中的电源共享,直接采用3.3V供电。
天线的处理形式:可以有内置的FPCB天线、外置的铜管天线或内置陶瓷天线就目前我们调试的结果总结来看,用FPCB内置式的效果完全好过陶瓷天线,原因是FPCB能够依据产品具体的环境,对天线所放置的位置进行最合理的选择,能够保证天线所载入的无效信号最小化;我们说过了,WIFI属于高频产品(2.4G),其接收灵敏度在-75dB,当要求内置时,对其周围的环境的要求要求相当高,对PCB Layout的要求较高,(这对没有从事过高频工作的Layout人员来讲却实是个有较高挑战性),加之大多使用WIFI功能的产品都与TP,TFT,800MHZ以上的CPU等大功率高频率的物件同时放在一个不大的空间中,所以能够在这个被干扰填充空间里找到一个相对干扰较小的空间;而陶瓷天线大多是贴在PCB的固定位置上。
再则,高频天线有随环境的变化而变化的特性,FPC能够方便的做到在不同环境下对天线的频点进调整,使之完全匹配于WIFI模块,同时陶瓷天的增益由于受体积的控制,其增益远不如FPC。
从上们可以看出一个有着较好的体验感的WIFI,应是一个较好的系统工程,是要求在设计的那一点并开始参入,而目前由于消费类电子产品换代极快加之部分从事设计工程人员高频经验的不够与对WIFI的认知不足,使得我们的研发工作走了不少的弯路,甚至一些企业为之付出过沉重的代价。
3、影响WIFI系统的相关因素:
1)模块自身的参数是否达到要求是最基本的条件,也是WIFI好坏的中心所在,一个好的WIFI模块必须同时具备:发射功率,误码率,频偏率,信道隔离度等指示均达到要求。
2)模块周围的空间环境要相对干净,干扰电磁波最好小于-75dB,(这个比EMC的要求还要高一些,所以说大部分高频知识不足的工程师会感到压力很大)。
3)WIFI天线必须具有良好的增益与效率,(对单频天线而言,我们并不建议通过太多的匹配调整去匹配天线与模块之间的参数,而是直接用天线调整的方式去匹配模块,这样产生的损耗才是最小的)。
4)WIFI天线安放的位置必须是在整个环境中处于最小干扰电磁波的地方,这里面抱括参入的反射、吸收、辐射、磁场方向、电流走向等等一系列的问题(这些问题我们以后将会以量化方式更为具体的来一一讨论)。
4,如何简单的识别一台产品中WIFI系统功能的好与坏:
对于绝大多数的普通用户而,他们无法了解也不必去了解什么是电磁效应,什么是干扰等等这些电学上专业的述语,那么应如何来初步确认产品上WIFI系统的功能的好与坏?我们可以给出一个正确而简单的方法,这个方法分两步;第一:有效连接距离,也就是前面介绍的,能否在规定范围内连接到指定的IP。第二:最大连接距离时的下载率。一般自由空间连接50m时应达到最大下载率的20%,达到这两个指标,就可以简单的说明你手中的产品的WIFI系统处于正常状态了)
这里需要提到一点的是,很多用户(甚至于工程人员)都喜欢拿一个叫WiFi Analyzer的软件来确认WIFI性能的好与坏,这个方法其实是错误的,因为太有局限性,而且测试结果没法量化;如果是外置天线,还有点参考意义,如果是内置天线,就大可不必来参考这个软件的数据了。具体的要解释为什么是这样的原因,这会关联到太多的软件与硬件知识,一一道然篇幅过长,也不是每个人都能完全看明白,所以我们只记正确而又简单的判断方法并完全可以确认一个产品上WIFI系统的好与坏了!