淺談Wi-Fi模塊器件選型不當導致的熱點(diǎn)異常

作者 張秀鳳，甘威，程磊，項永金，何洪峰(格力電器(合肥)有限公司，安徽 合肥 230088)

　　摘要：隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )科技的迅速發(fā)展，智慧生活成為發(fā)展方向。智能家居越來(lái)越受到人們的重視。Wi-Fi模塊是智能家居的必要部件。若將該模塊用在空調上，則可實(shí)現用戶(hù)對空調的遠程控制，不再受距離的限制。使用時(shí)用戶(hù)需連接Wi-Fi模塊發(fā)出的熱點(diǎn)，再與空調進(jìn)行匹配，從而在終端APP上控制空調。而模塊能否發(fā)出熱點(diǎn)以及能否能夠成功連接上路由器是能夠實(shí)現終端控制的關(guān)鍵部分，模塊的器件選型會(huì )直接影響此部分功能。

　　關(guān)鍵詞：智能家居;Wi-Fi模塊;熱點(diǎn);器件選型

　　1 Wi-Fi模塊簡(jiǎn)介

　　Wi-Fi模塊又被稱(chēng)為串口Wi-Fi模塊，屬于物聯(lián)網(wǎng)傳輸層，是整個(gè)體系結構中關(guān)鍵層次之一，完成面向連接的可靠服務(wù)，流量控制以及擁塞控制等。將串口或者TTL電平轉換為符合Wi-Fi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信標準的嵌入式模塊，內置無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議IEEE802.11b.g.n協(xié)議棧以及TCP/IP協(xié)議棧，可以通過(guò)UART口與其他設備進(jìn)行通信。模塊集成了射頻收發(fā)機、MAC?；鶐幚?、所有的Wi-Fi協(xié)議和配置信息以及網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧，可廣泛用于智能家居設備、醫療器械領(lǐng)域。傳統的硬件設備嵌入Wi-Fi模塊可以直接利用Wi-Fi聯(lián)入互聯(lián)網(wǎng)，是實(shí)現無(wú)線(xiàn)智能家居、M2M等物聯(lián)網(wǎng)應用的重要組成部分。

　　模塊集成ARM Cortex-M4F處理器，最高主頻可達192 MHz，384 KB的SRAM，8 Mbits的內置Flash。 產(chǎn)品技術(shù)規格見(jiàn)表1。

　　2 相關(guān)背景

　　Wi-Fi模塊處于網(wǎng)絡(luò )傳輸層，因Wi-Fi模塊廠(chǎng)家即將停產(chǎn)該模塊，家技部開(kāi)發(fā)新編碼模塊替代，合肥基地11月份已驗證合格，12月份中旬開(kāi)始批量使用，編碼Wi-Fi模塊陸續出現批量不連接路由器問(wèn)題，部分模塊發(fā)出熱點(diǎn)較慢，部分模塊無(wú)熱點(diǎn)發(fā)出。合肥基地1月份累計共下線(xiàn)29單，下線(xiàn)批次不集中，主要批次為171201、171204、171207、171212、171218、171222。

　　3 原因分析

　　3.1 硬件電路分析

　　該模塊共計分三層：第一層為綠色P板的功能電路層;第二層為藍色P板的射頻電路層;第三層為射頻層與功能層結合。該模塊結構見(jiàn)圖1(兩側深色標注為模塊引腳注釋)。

　　模塊引腳定義見(jiàn)表2。

　　射頻層主要功能為射頻信號的發(fā)送與接收，MAC地址的燒錄也在這一層中完成，功能層主要是連接外部主板驅動(dòng)射頻層工作，若射頻層有異常，則MAC地址無(wú)法完成燒錄，即使功能層啟動(dòng)，輸出的應為內部設置的原始地址;若模塊的功能層異常，射頻層則無(wú)法正常啟動(dòng)，無(wú)熱點(diǎn)輸出。觀(guān)察模塊硬件無(wú)裝配性故障，測試元器件未發(fā)現明顯異常，無(wú)裝配、短路、開(kāi)路等不良。

　　3.2 內部程序分析

　　使用串口調試工具對模塊內部程序進(jìn)行讀取未發(fā)現異常，此處說(shuō)明程序并未被篡改。

　　3.3 MAC地址查詢(xún)

　　根據標簽上的MAC地址查詢(xún)古北廠(chǎng)家的生產(chǎn)測試記錄未發(fā)現異常，表明內部非原始地址，射頻層可正常工作。

　　3.4 主芯片排查

　　更換模塊主芯片上電測試，依舊無(wú)熱點(diǎn)發(fā)出，此處可排除該故障為主芯片失效導致。

　　3.5 電源轉換芯片排查

　　正常模塊電源轉換芯片輸出3.20 V電壓，故障模塊輸出電壓為2.47 V，較正常模塊輸出電壓低，且輸出存在紋波，導致主芯片供電不足，出現熱點(diǎn)啟動(dòng)慢，甚至出現不啟動(dòng)故障。

　　3.6 電源轉換芯片單品差異對比

　　從表3中可以看出：OK品的3腳PN值較NG品的3腳PN值小;OK品的1、3腳對地阻值較NG品的1、3腳阻值大。X光查看內部金線(xiàn)綁定未發(fā)現異常，開(kāi)封未見(jiàn)損傷點(diǎn)。

　　3.7 更換電源轉換芯片驗證

　　將OK品模塊的電源轉換芯片與NG品的轉換芯片對調，NG品的熱點(diǎn)正常，原OK品的熱點(diǎn)異常，此處可鎖定失效點(diǎn)：電源轉換芯片差異導致熱點(diǎn)啟動(dòng)異常。

　　此處得出結論：因電源芯片存在差異性，導致與主芯片匹配出現問(wèn)題，模塊主芯片為3.3 V供電，電源轉換芯片輸出的2.47 V輸出電壓不足以供模塊主芯片啟動(dòng)，所以射頻電路無(wú)法工作。而在輸出存在一定紋波時(shí)，模塊主芯片也無(wú)法立即響應，需等電路穩定后才進(jìn)入工作狀態(tài)，這兩種情況就會(huì )導致模塊無(wú)熱點(diǎn)發(fā)出或者熱點(diǎn)發(fā)出較慢。

　　4 后續整改措施以及整改結果

　　4.1 臨時(shí)措施

　　使用串口測試，并將啟動(dòng)時(shí)間列入測試范圍，最終結果為良品記為OK，不良品、無(wú)打印輸出為NG ，測試界面見(jiàn)圖3。

　　全檢方案評估：廠(chǎng)內生產(chǎn)模式為：模塊插在工裝上電發(fā)出熱點(diǎn)→連接路由器→使用Wi-Fi遙控器遙控進(jìn)入測試模式顯示17、29 。網(wǎng)絡(luò )通信主要涉及四個(gè)部分：用戶(hù)(APP)→設備→路由器→云端， 數據在這四部分中發(fā)送與接收，廠(chǎng)家的測試程序檢測內部固件啟動(dòng)次數，30秒內啟動(dòng)兩次以上的判定為不合格，在此基礎上，還包含了連接路由器情況，與生產(chǎn)測試模式通信測試包含的內容相同，故此項全檢方案可有效控制故障品流出。

　　全檢方案執行結果：該模塊自2月1日使用新的全檢方案以來(lái)，生產(chǎn)線(xiàn)共計使用19266 pcs，無(wú)不良下線(xiàn)，此方案可有效篩選故障品，在技術(shù)措施未落地前按此方案執行。

　　4.2 技術(shù)措施

　　4.2.1 改進(jìn)軟件設計

　　由原來(lái)打開(kāi)原芯片廠(chǎng)家熱點(diǎn)(MTK熱點(diǎn))→關(guān)閉該熱點(diǎn)，打開(kāi)格力熱點(diǎn)改為直接打開(kāi)格力熱點(diǎn)，每次對熱點(diǎn)的打開(kāi)、關(guān)閉、再打開(kāi)都會(huì )產(chǎn)生一定的紋波，通過(guò)優(yōu)化程序，降低紋波對模塊主芯片的干擾 ，從軟件啟動(dòng)上降低電源轉換芯片驅動(dòng)主芯片失敗的次數。

　　4.2.2 硬件電路設計

　　由于器件存在一致性差異，與主芯片配合時(shí)要求匹配的精度較高，當前所選的電源轉換芯片與主芯片之間的配合存在2‰的不良，在器件選型時(shí)首先了解主芯片的驅動(dòng)電壓上限以及下限。根據主芯片的驅動(dòng)電壓作為參考依據來(lái)選擇電源轉換芯片，選更寬供電能力的電源芯片，增大設計冗余，以電源轉換芯片輸出的電壓下限需略大于主芯片供電電壓的下限為準則，增加電源轉換芯片與主芯片的匹配度。

　　參考文獻

　　[1]謝希仁.計算機網(wǎng)絡(luò )(5版).電子工業(yè)出版社,2008.

　　[2]陳文周.Wi-Fi技術(shù)研究與應用.數據通信,2008.

　　[3]熊輝.Wi-Fi技術(shù)及其應用簡(jiǎn)述.硅谷,2009.

本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第2期第78頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處