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wifi模块调研

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一.目的

项目应用中,越来越多的设备需要通过网络与外界进行通讯,制作一款通用的wifi模块是非常有必要的,故对市场上常用的wifi解决方案进行调研,综合各个因素,选取最优的解决方案。

二. 关键术语

术语、缩略语

解      释

AP/STA模式

AP:无线接入点,是一个无线网络的创造者(路由器等)

Sta:sta站点,网络中的终端(手机电脑等)

IEEE 802.11 n/b/g

 

无线常用的三种标准

IEEE 802.11a,1999年,物理层补充(54Mbit/s,工作在5GHz)

IEEE 802.11b,1999年,物理层补充(11Mbit/s工作在2.4GHz)

IEEE 802.11g,2003年,物理层补充(54Mbit/s,工作在2.4GHz)。

IEEE 802.11n,草案,更高传输速率的改善,支持多输入多输出技术(600Mbit/s 2.4GHz或者5GHZ)

三.技术调研

WIFI芯片原厂及模组方案厂商
芯片原厂 主推芯片 厂商信息
TI(德州仪器) CC3200/3100(有人科技模组) http://www.ti.com.cn/
美国
Realtek(瑞昱半导体) RTL8711/8710/8188/8812 http://www.realtek.com.tw/
台湾
乐鑫科技 ESP8266/ESP32 http://espressif.com/
上海
MTK 联发科(收购雷凌-Ralink) MT7687/1/6
MT7620
MT7601u(小米wifi模块) RT5370(360wifi模块)RT5350 http://www.mediatek.com/
台湾
cypress(收购博通) bcm43341 http://www.broadcom.com
美国
高通 QCA4002/4004 http://www.qualcomm.cn/
美国
Marvell(美满科技) 88NW300
MW300 http://www.marvell.com/
美国
联盛德微电子 W500 http://www.winnermicro.com/
北京
南方硅谷 SSV6060P http://www.southsv.com.cn/
深圳
澜起科技 M88WI6032D http://www.montage-tech.com/
上海
还有蓝牙+wifi合二为一的芯片。

厂商 蓝牙wifi
共用芯片 价格 封装 性能参数 wifi标准协议 蓝牙标准 wifi频段
乐鑫 ESP32     • Xtensa® 32-bit LX6 单/双核处理器
240MHZ 802.11 /b/g/n V4.2
MTK MT7697     Cortex-M4
192MHZ 802.11 a/b/g/n V4.2 双频2.4GHz+5G wifi
TI
博通 BCM43438
瑞昱 RTL8723       802.11 a/b/g/n V4.2和V2.1+EDR 单频2.4GHz
RTL8821       802.11 a/b/g/n/ac V4.2和V2.1+EDR 双频2.4GHz+5G wifi
模组方案商 主推方案使用主控芯片 方案商信息 总部
村田(muRata) cypress(CYW43364/43907/43362)
TI(CC3220/3120,wl1801)
Marvell(MW300) http://www.murata.com/ 日本
环旭电子股份有限公司(USI) 博通,MTK,realtek http://www.usish.com/
TDK 博通 http://www.tdk.co.jp/ 日本
正基科技 博通 http://www.ampak.com.tw/ 台湾
海华科技(AzureWave) Marvell、博通、高通Atheros、MTK雷凌 http://www.azurewave.com/ 台湾
群登科技股份有限公司 南方硅谷6060P、联发科MT7688 www.acsip.com.tw 台湾
深圳市博鹏发科技股份有限公司(RF-LINK) 联发科MT7601 http://www.rflink.cc/ 深圳
深圳市必联电子有限公司(B-link) Marvell 88MW300,联发科MT7681 http://www.b-link.net.cn/ 深圳
深圳市科中龙光电科技有限公司 瑞昱RTL8711 http://www.kzlgd.com/ 深圳
深圳市欧智通科技有限公司 瑞昱RTL8188ETV、RTL8711、RTL8812、
RTL8811、RTL8192、RTL8723、RTL8189,
高通QCA6174、QCA9377 http://www.fn-link.com/ 深圳
上海庆科信息技术有限公司(MXCHIP) 博通、ST http://www.mxchip.com/ 上海
上海汉枫电子科技有限公司 Marvell 88MW300 http://gb.hi-flying.com/ 上海
博联(Broadlink) Marvell、MTK http://www.broadlink.com.cn/ 杭州
江波龙电子(longsys) 高通 http://www.foresee.cc/ 深圳
济南有人物联网技术有限公司 TI CC3200、Marvell、Realtek http://www.usr.cn/ 济南
深圳市安信可科技有限公司 乐鑫ESP8266 http://www.ai-thinker.com/ 深圳
锐凌微南京电子科技有限公司   http://www.ralinwi.com/ 南京
深圳市奥金瑞科技有限公司 TI CC3200、 MT7681、高通QCA400 http://www.ogemray.com/ 深圳
深圳市海凌科电子有限公司 MT7681、MT7688K、RT5350 http://www.hlktech.com/ 深圳
深圳市红心物联科技有限公司 联盛德HED10W07SN、RT5350 http://www.wuxiankaifa.com/ 深圳
深圳市天工测控技术有限公司   http://www.skylab.com.cn/ 深圳
杭州德澜科技有限公司 高通AR9331、高通QCA4004 http://www.idelan.cn/ 杭州
深圳市捷博科技有限公司 RTL8723、RTL8188、RTL8189、RT3070、
RT5390、MT7601、MTK5931高通QCA4004 http://www.japoo.hk/ 深圳
深圳市远嘉科技有限公司 联盛德HED10W07SN http://www.wifitop.com/ 深圳
深圳市旭瑞昇科技有限公司 RT3070、MT7681、高通QCA4004、RT5350、
RT3070MT7601、RT5370、MT7681、RTL8188、RT3072、RT2070 http://www.szxures.com/ 深圳
深圳市东恒电子有限公司 MT7620、RT5350、ESP8266 http://www.dh-tech.com.cn/ 深圳
深圳市酷宅科技有限公司 瑞昱RTL8711AF,上海乐鑫esp8266,
联发科MT7681 http://www.coolkit.cn/ 深圳
浙江风向标科技有限公司 澜起M88WI6032D、联发科MT7681、乐鑫ESP8266、
瑞昱RTL8711 http://www.vanelife.com/ 深圳
深圳市中易腾达科技股份有限公司 博通 MTK7603/7612/7632 QCA9379 CYW43438 http://www.sziton.com/ 深圳
太阳诱电(Taiyo-Yuden)   http://www.t-yuden.com/ 日本
三星机电 三星芯片   韩国
致远电子(周立功) 博通 http://www.zlg.cn/wireless/wireless/index.html 深圳
(1)为减小芯片停产风险,市场占有率相对较小的芯片公司,不参与下面的芯片参数对比。

(Marvell,联盛德微电子,南方硅谷,澜起科技 )

(2)高通 QCA4002(5美元),芯片方案总体成本相对较高,排除掉。博通主要业务在    消费级产品主要应用到手机平板等,芯片价格较贵,排除掉。

 

四.市面上的wifi方案实现方式

4.1.1 硬件实现方式

(1)单片机+芯片

(2)内部soc 芯片(集成wifi)

4.1.2 软件开发方式

网络协议栈:将通信协议TCP/IP写入MCU的方式实现WIFI的数据传输

SDK开发方式(修改sdk)

4.1.3 常用wifii外部接口

SDIO ,SPI,USART,USB等

五.常见问题

5.1wifi模块的几大指标

(1)Wifi模块发射功率

在不同无线协议下,发射功率均不同,一般模块的发射功率在18dbm,大功率模块,发射 功率在28dbm。

(2)wifi模块的传输效率

不同协议下,及硬件配置,wifi传输速率也会有所不同.

 

5.2wifi 传输距离

5.3wifi功耗

Wifi模块的功耗与wifi模块的发射功率,以及传输距离是密切相关。发射功率越大,传输距离越远,功耗越大。

5.4wifi模块的接收灵敏度

接收机灵敏度是指给定接收机解调器前要求信噪比的条件下,接收机所能检测的最小信号的电平。接收灵敏度是表征待测无接收性能的一个参数,其接收的有用信号越多,其无线覆盖范围越大。

 

​​​​​​​六.wifi芯片综合对比

6.1

型号 开发环境 性能资源 参考价格(RMB) 封装 设计复杂度 解决方案成本 工作温度范围 数据吞吐量 wifi标准协议
RTL8711AF IAR M3,无需外挂flash
166MHZ 15 QFN48 低 低 ‘-20 ~ 125 802.11g 54Mbps
802.11n 150Mbps 802.11 /g/n
ESP8266 GCC 32位 CPU,
时钟最高160MHZ
片上SRAM(用户可用50K)
需外部flash存储用户程序 9 QFN32 低 低 ‘-40 ~ 125 802.11g 最大54Mbps
802.11n 最大65Mbps 802.11 b/g/n
MT7687 IAR/MDK/GCC M4内核 192MHZ
352k SRAM 18 QFN 低 中 ‘-40 ~ 125 802.11n 最大150Mbps 802.11 b/g/n
MT7681 IAR/MDK/GCC 32位 CPU,
80Mhz 15 QFN40 低 低 ‘-40 ~ 125   802.11 b/g/n
CC3200 IAR/GCC/CCS M4内核 80MHZ
RAM 256K 32 QFN64 低 高 ‘-40 ~ 85   802.11 /g/n
1.综合以上几款芯片,功耗上总体相差不大,需要看应用场景和软件设计

2.除ESP8266必须外扩flash芯片外,硬件上几款芯片的外围芯片均不多,但在PCB的布局    布线上都要特别注意。

3.CC3200,MT7687处理能力更强,可使用IAR等环境开发,上手相对快一点。高性能wifi 模块可考虑使用CC3200和MT7687。

4.ESP8266和RTL8711AF,MT7681适合低成本方案,设计上都比较简单。几款芯片中RTL8711性价比    最高,ESP8266价格最低,市面上的模组方案最多。

 

 

七.技术解决方案

 

通过各个指标对比,在目前的应用中,主要作为透传模块使用,对性能方面的要求相对较低。TI

CC3xxx方案暂时不考虑,其他三种芯片可根据供货情况进行选择,更倾向于ESP8266和MT7681。

 

芯片型号(Cellwise)

优点

缺点

ESP8266

价格便宜,模组方案多。
2方案总体成本较低。

 

官方推荐使用GCC开发环境,官方历程都是该种方式
需要外挂FLSH芯片
RTL8711AF

1.同等级芯片中性价比最高

2.市面基于该芯片的模组方案较多。

官方软件资源相对较少
MT7681

1.支持多种开发环境,官方开放资源相对较多

外设资源相对较少

7.1硬件设计方案

7.1.1典型电路图

(1)ESP8266电路图

硬件设计可参考esp8266_hardware_design_guidelines_cn.pdf文档(硬件设计规范可同时应用到其他wifi芯片)

 

 

(2)MT7681电路图查看附件。

电路关键元器件

序号

物料名称

物料编码

型号

数量

备注

ESP8266

TZ1387A (recommended),

 

 

1

26M

ESP8266EX

 

 

1

QFN32_5x5

GD25Q32C(FM25Q16A)

 

 

1

 

MT7681

MT7681

 

 

 

 

W25X40BV

 

 

 

 

XTAL/40MHZ

 

 

 

 

7.2通讯设计

设备通过串口与wifi模块进行通讯,wifi模块通过网络上传到APP端。

AP+STA模式,方便设备的维护。Wifi芯片内部使用LWIP网络协议栈。

 

八.总结

1.市面上的wifi模组方案众多,且价格优惠,稳定性较高,功能全面,如果用量较小,建议采购模组进行对接。(模组方案有国外的大厂,芯片厂商也有提供模组方案,也有许多例如致远电子,野火,有人,庆科等国内厂家可根据供应链采购容易程度进行选择)

2.芯片方案CC3200,RTL8711,ESP8266,MT7687,MT7681都有各自的优势可根据不同要求进行选择。(PCB布线要特别注意)

3.蓝牙+wifi方案建议使用乐鑫ESP32单核

附件:

MT7687F-MEDIATEK.pdf

esp8266ex_datasheet_cn.pdf

cc3200.pdf

RTL8711AF-Realtek.pdf等
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