"Két SKU-nk osztozott ugyanazon a 2,4 GHz-es sávon — az egyik csak WiFi-modulos, a másik WiFi+BLE modulos. A BETT 2026 bemutatóasztalán, egyetlen falnyi távolságra egymástól, minden alkalommal, amikor bedugtuk a BLE-es példányt, a csak WiFi-s egységen a demó YouTube-stream 14 másodpercre lefagyott. Végül egy 12 MHz-es SDIO-órajel 2,412 GHz-es felharmonikusára bukkantunk a csak WiFi-s tollban. Miután áthelyeztük az adott órajel lehúzó ellenállását, és hozzáadtunk egy 4,7 nF-es átvezető kondenzátort, a lefagyás 200 ms-ra csökkent."
— Intelligens olvasótoll RF helyszíni alkalmazásmérnök
Az a 14 másodperces lefagyás egy 229 dolláros demóasztalon, az Egyesült Királyság Oktatási Minisztériumának képviselője előtt, jól megmutatja, miért okoz napi fejfájást az SDIO és a 2,4 GHz-es WiFi együttélése. Az olvasótoll egy akkumulátoros, kézben tartott, egyetlen SoC + WiFi/BT kombinált eszközből álló készülék, amelynek WiFi rádiójának együtt kell élnie az SDIO-órajellel, a kombinált IC-n belüli BLE kapcsolattal, a táblagép hotspotjával és a gyári tesztberendezésekkel. Amikor ezek bármelyike felborul, a tünet ugyanaz — a TTS lefagy, a szótárrakeresések időtúllépést okoznak, a szülő táblagépének párosítása megszakad —, de a kiváltó ok szinte mindig egy hetekkel korábban meghozott elrendezési vagy szűrési döntés. Ez a playbook mind a 11 olvasótoll SKU-t (B1, B2, F8, K7, KF1, L5, P2, Q6, Q8, T2, Y6) ugyanazon a WiFi-síkön tartja.
1. Miért az SDIO és a WiFi együttélése az olvasótoll legnehezebb problémája
Az olvasótoll SoC (az belépő szintű SKU-knál RK3326 vagy Allwinner V3s; a T2 és Y6 modelleknél A311D vagy RK3566) a főpanelen található, és egy 50 MHz és 150 MHz közötti SDIO busz köti össze egy WiFi/BT kombinált modullal (RTL8723DU, RTL8822CS vagy BCM43455). A 2,4 GHz-es WiFi rádió és a 12–50 MHz-es SDIO-órajel ugyanabban a házban, kevesebb mint 18 mm FR4-es távolságra helyezkedik el. Egy 50 MHz-es SDIO-órajel 48. felharmonikusa 2,400 GHz, pontosan az 1-es WiFi-csatornán. Egy 100 MHz-es SDIO-órajel 24. felharmonikusa 2,400 GHz. Egy 150 MHz-es SDIO-órajel 16. felharmonikusa 2,400 GHz.
A 2,4 GHz-es ISM-sáv 2,400 GHz-től 2,4835 GHz-ig terjed: 83,5 MHz, 13 átfedő, egyenként 22 MHz-es csatornában. Egy rosszul megtervezett panelen egy 50 MHz-es SDIO-órajel 47. és 48. felharmonikusa, 2,350 GHz-en és 2,400 GHz-en, -42 dBm és -38 dBm közötti szinten jelenik meg a WiFi sávszűrőn belül, ahol a WiFi vevő zajtényezője (4 dB és 5 dB) elkezdi elveszíteni a csomagokat. A BLE, amely 2 MHz-es sávszélességű, 2,402 GHz és 2,480 GHz közötti 40 csatornán ugrál, még jobban kitett, mert keskenysávú energiadetektora nem tudja kiátlagolni egy periodikus SDIO-zavart. A külső WiFi-modulos olvasótollak (B1, K7, P2 modelleken RTL8723DU) nem képesek chipp belüli együttélésre, és a NYÁK-elrendezésre, valamint a szűrésre támaszkodnak.
2. SDIO busz topológia a 11 SKU-n át
| SKU | SoC | WiFi/BT modul | Interfész | SDIO órajel | Antenna |
|---|---|---|---|---|---|
| B1 | Allwinner V3s | RTL8723DU | SDIO 1-bit + UART BT | 50 MHz | Chip |
| B2 | Allwinner V3s | RTL8723DU | SDIO 1-bit + UART BT | 50 MHz | Chip |
| F8 | RK3326 | RTL8822CS | SDIO 4-bit + UART BT | 100 MHz | NYÁK |
| K7 | Allwinner V3s | RTL8723DU | SDIO 1-bit + UART BT | 50 MHz | Chip |
| KF1 | RK3326 | RTL8822CS | SDIO 4-bit + UART BT | 100 MHz | NYÁK |
| L5 | Allwinner V3s | RTL8723DU | SDIO 1-bit + UART BT | 50 MHz | Chip |
| P2 | Allwinner V3s | RTL8723DU | SDIO 1-bit + UART BT | 50 MHz | Chip |
| Q6 | RK3326 | RTL8822CS | SDIO 4-bit + UART BT | 100 MHz | PCB |
| Q8 | RK3326 | RTL8822CS | SDIO 4-bit + UART BT | 100 MHz | PCB |
| T2 | A311D | BCM43455 | SDIO 4-bit + UART BT | 150 MHz | PCB |
| Y6 | RK3566 | BCM43455 | SDIO 4-bit + UART BT | 150 MHz | PCB |
| Szint | Cikkszámok | A WiFi sáv harmonikusai | Zavarjel a 2,400 GHz-en (B referencia revízió) | A szűrőhálózat BOM-költsége |
|---|---|---|---|---|
| 50 MHz | B1, B2, K7, KF1, L5, P2 | 1 (48.) | -47 dBm – -49 dBm | 0,04 $ |
| 100 MHz | F8, KF1, Q6, Q8 | 2 (24., 48.) | -51 dBm – -52 dBm | 0,08 $ |
| 150 MHz | T2, Y6 | 3 (16., 32., 48.) | -54 dBm | 0,30 $ |
Az 50 MHz-es belépő szint esetén a tipikus PCB-elrendezés az SDIO órajelet 4–6 mm-re helyezi a WiFi antenna csatlakozási pontjától, 50 ohmos GCPW vezetékkel és egy 33 ohmos soros ferritel a SoC oldalon. A harmonikusjel a antenna csatlakozási pontjánál -44 dBm 2,400 GHz-en; a kívánt -65 dBm-es jelnél a WiFi vevő zaja -104 dBm, ami 60 dB spur-zaj arányt ad, és MCS 7-et 5 méteren 70%-os sikerességgel. A 100 MHz-es szint esetén ugyanaz a GCPW -41 dBm-t ad 2,400 GHz-en; egy 4,7 nF-es átmenő kondenzátor a vezeték közepén pi-szűrőt alkot 8 nH parazita induktivitással, és a harmonikust 8 dB-lel csökkenti, így a spur az F8-on -49 dBm-re esik. A 150 MHz-es szintnél egy BLM18PG471SN1 ferrit (470 ohm 100 MHz-en) a 2,400 GHz-es harmonikust 12 dB-lel csillapítja az SDIO él 1 dB-es élességvesztesége árán, amit az SDIO meghajtás 8 mA-re emelésével kompenzálunk.
3. SDIO órajel-elrendezési szabályok
Az SDIO órajelet és a négy adatvonalat 50 ohmos GCPW buszként vezetjük 4 mil vezetékszélességgel és 8 mil távolsággal egy 4-rétegű FR4 stack-up (1 uncia réz, 0,2 mm mag, 0,8 mm prepreg) felső rétegén. 1. szabály – az SDIO busz a WiFi modul SDIO lábaitól számított 30 mm-en belül maradjon; minden további 10 mm hossz 8 nH-t és 1 dB harmonikus sugárzást ad. 2. szabály – az SDIO órajelet tilos tápfelszín-hasítás felett vezetni; a referencia-felszín egyetlen, összefüggő GND öntvény legyen a 2. rétegen, közvetlenül a busz alatt. 3. szabály – a 33 ohmos BLM18PG330SN1 soros ferrit a SoC végén, a SoC lábától 5 mm-en belül helyezendő. 4. szabály – az SDIO órajel-vezeték legyen 8 mm-re a WiFi antenna csatlakozási pontjától. 5. szabály – minden csatolókondenzátor GND furata a padjától 1 mm-en belül legyen; a furat induktivitása milliméterenként 1,5 nH, és egy 1,5 mm-es furat 4,5 nH-t ad, ami 2,400 GHz-en 4 dB-es csúcsot hoz létre a kondenzátor impedanciájában.
4. WiFi/BT együttélés ütemezése
A WiFi/BT kombinált modulok Packet Traffic Arbitration (PTA) funkciót valósítanak meg szilíciumszinten. Az F8, KF1, Q6, Q8, T2, Y6 modelleken (RTL8822CS és BCM43455) a PTA 3-vezetékes módban működik, TX_CONF, RX_CONF és STATUS jelekkel, súlyozott prioritási sorrendben: BT hang > A2DP audió > WiFi fájlátvitel > WiFi szkennelés. A grant döntés 200 mikroszekundum alatt születik. A B1, B2, K7, L5, P2 modelleken (RTL8723DU) a PTA 1-vezetékes módban működik: a BT chip minden WiFi adás előtt 50 mikroszekundummal jelzi a PTA_REQUEST-et, és a WiFi chip mintavételezi azt. A WiFi átbocsátás 18–22%-kal esik, amikor a BT aktív a belépő szintű cikkszámokon – ezért ezek nem támogatják a WiFi streaming és a BT audió egyidejű használatát.
A BLE 37 adatcsatornán ugrik pszeudo-véletlen mintát követve. Az F8 és KF1 esetén a BLE kapcsolati intervallum 30 ms (az OCR trigger HID eseményeihez), és a csatornatérkép mind a 37 csatornát lefedi. A T2 és Y6 esetén a kapcsolati intervallum 15 ms (alacsony késleltetésű tollhegy-eseményekhez), a csatornatérkép pedig 8 csatornára korlátozódik 2,440 GHz körül, elkerülve az iskolai WiFi 6-os és 11-es csatornákat. A korlátozott térkép a párosításkor egyeztetett és a modul NVM-jében tárolt.
5. Szűrőhangolás és antenna-izoláció
A WiFi/BT modul egy sáváteresztő szűrő mögött helyezkedik el, amely a 2,400–2,4835 GHz sávot engedi át: hárompólusú LC létra az F8, KF1, Q6, Q8 modelleken, ötpólusú LC létra a T2 és Y6 modelleken. A cél: 1,2 dB beiktatási csillapítás 2,450 GHz-en, -18 dB visszatérési csillapítás és 35 dB elnyomás 1,800 GHz-en. Az F8 C revízión egy 2,2 nH-ról 2,7 nH-ra cserélt induktivitás a beiktatási csillapítást 1,4 dB-ről 1,6 dB-re növelte; az antenna csatlakozási pontján kompenzáltunk, és az EVM 54 Mbps-en (64-QAM) 2,1%-ról 2,4%-ra emelkedett, még mindig az MCS 7-re vonatkozó 3%-os határ alatt. Az ötpólusú szűrő a T2 és Y6 modelleken egy felüláteresztő szakaszból (4,7 nF soros, 2,2 nH földre) és egy aluláteresztő szakaszból (1,5 nH soros, 1,2 pF földre) áll. Az 1,8 GHz-es elnyomása 38 dB, ami 10 dB-lel jobb a hárompólusú szűrő 28 dB-jénél.
A WiFi antenna egy 50 ohmos PCB monopól 2,450 GHz-re (14 mm hossz, 1,5 mm szélesség) a felső élen, a 2. rétegen 8 mm-es GND síkkiterjesztéssel a csatlakozási pont alatt. Az SDIO busz és a WiFi antenna közötti izoláció (S21) a legfontosabb elrendezési mutató. A cél 45 dB 2,450 GHz-en. Az F8 A revízión az izoláció 38 dB volt; a B revízió az órát 12 mm-re tolta az antennától, és az izoláció 47 dB-re emelkedett. A K7 A revízión az izoláció 41 dB volt, mert az óra egy tápfelszín-hasítást keresztezett; a B revízió kikerülte azt, és az izoláció 48 dB-re nőtt. BT forgalom nélkül az F8 65 Mbps-t ér el MCS 7-en 2 méteren; BLE HID esetén az átbocsátás 52 Mbps-re csökken; A2DP audió esetén 38 Mbps-re. A T2 és Y6 támogatja a 256-QAM-et 2,4 GHz-en, a PHY sebességet 72 Mbps-ről 96 Mbps-re emelve tiszta csatornán.
| Szint | Cikkszámok | Szűrőpólusok | Beiktatási csillapítás 2,450 GHz-en | Elnyomás 1,8 GHz-en | BOM költség |
|---|---|---|---|---|---|
| 50 MHz | B1, B2, K7, L5, P2 | nincs | 0,6 dB | 8 dB | 0,04 $ |
| 100 MHz | F8, KF1, Q6, Q8 | 3 | 1,2 dB | 28 dB | 0,08 $ |
| 150 MHz | T2, Y6 | 5 | 0,9 dB | 38 dB | 0,30 $ |
6. SDIO busz vizualizáció
Az első diagram a 2,400 GHz-es zavarszintet mutatja minden SKU esetében a B rev referencia NYÁK-on; a második a BLE csatorna-ugrási sűrűséget mutatja az F8 és a T2 között.
Az első diagram azt mutatja, hogy a 150 MHz-es szint (T2 és Y6) rendelkezik a legalacsonyabb, -54 dBm-es 2,400 GHz-es zavarral, ami 5 dB-lel jobb, mint a 100 MHz-es szint (F8, KF1, Q6, Q8), és 5 dB-lel jobb, mint az 50 MHz-es szint. Az KF1 -52 dBm-es zavarszintje megegyezik az F8-éval, mivel mindkettő RTL8822CS-t használ 100 MHz-en. A második diagram azt mutatja, hogy az F8 BLE csatorna-ugrásai egyenletesen oszlanak el mind a 37 csatornán, míg a T2 az események 70 százalékát a 12. és 22. csatorna (2,440 GHz – 2,446 GHz) közötti 8 csatornára koncentrálja.
7. Meghibásodási módok és költségkompromisszumok
A leggyakoribb meghibásodási mód a WiFi átviteli sebesség lefagyása, amelyet az okoz, hogy a 2,400 GHz-es SDIO órajel-felharmonikus a WiFi csatorna közepére esik, és 200 ms és 14 s közötti kimaradásként jelentkezik a TTS adatfolyamban, vagy 30 s és 60 s közötti kimaradásként az OTA firmware letöltésben. A kiváltó ok három lehetséges: az SDIO órajel vezeték túl közel van az antenna bekötéséhez, a vezeték áthalad egy tápfólia-felosztáson, vagy a soros ferrit hiányzik a BOM-ból. A második leggyakoribb meghibásodási mód a BLE hang-kimaradás, amelyet az okoz, hogy a WiFi rádió átengedi a sávot egy BLE adási időszeletnek, és 20 ms és 100 ms közötti kimaradásként jelentkezik az A2DP adatfolyamban; a megoldás a WiFi/BT koegzisztencia hangprioritású üzemmódja, amely a fájlátvitel fölé helyezi az A2DP-t, 5 százalékos WiFi átviteli sebesség csökkenésért cserébe. Az 50 MHz-es szint egyetlen, 0,04 $ értékű ferritet használ; a 100 MHz-es szint egy 4,7 nF-es átvezető kondenzátorral egészíti ki ezt 0,08 $ értékben; a 150 MHz-es szint egy BLM18PG471SN1 ferritet és egy ötpólusú szűrőt ad hozzá, összesen 0,30 $ értékben. Az OTA firmware-frissítések a valódi próba: egy 12 MB és 28 MB közötti képméret 1,5 MB/s és 3,5 MB/s közötti sebességgel töltődik le tiszta csatornán, 1,2 MB/s és 2,8 MB/s közé esik aktív BLE mellett, és 45 s és 90 s közötti többletidőt vesz igénybe zajos csatornán. Minden nagy volumenű SKU-t egy 4,7 nF-es átvezető kondenzátorral szállítunk, biztosítékként a WiFi lefagyások ellen.
Kapcsolódó olvasmányok
- TC-161 Olvasótoll tápfeszültség-zaj és dekupolás
- TC-162 Olvasótoll földugrás és SSOP
- TC-163 Olvasótoll órajel-fa és jitter keret
- TC-164 Olvasótoll PLL hurokszűrő és sávszélesség
- TC-165 Olvasótoll DDR LPDDR és időzítési keret
- TC-166 Olvasótoll eMMC vs UFS tárolóbusz
- TC-167 Olvasótoll SPI Flash és Quad SPI
- OEM olvasótoll gyártási folyamat
Szeretne mélyebben belemerülni az adott olvasótoll-tervbe?