淺談Wi-Fi模塊器件選型不當(dāng)導(dǎo)致的熱點異常

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(diào)上，則可實現(xiàn)用戶對空調(diào)的遠程控制，不再受距離的限制。使用時用戶需連接Wi-Fi模塊發(fā)出的熱點，再與空調(diào)進行匹配，從而在終端APP上控制空調(diào)。而模塊能否發(fā)出熱點以及能否能夠成功連接上路由器是能夠?qū)崿F(xiàn)終端控制的關(guān)鍵部分，模塊的器件選型會直接影響此部分功能。

　　關(guān)鍵詞：智能家居;Wi-Fi模塊;熱點;器件選型

　　1 Wi-Fi模塊簡介

　　Wi-Fi模塊又被稱為串口Wi-Fi模塊，屬于物聯(lián)網(wǎng)傳輸層，是整個體系結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換為符合Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)通信標準的嵌入式模塊，內(nèi)置無線網(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UART口與其他設(shè)備進行通信。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(shè)備、醫(yī)療器械領(lǐng)域。傳統(tǒng)的硬件設(shè)備嵌入Wi-Fi模塊可以直接利用Wi-Fi聯(lián)入互聯(lián)網(wǎng)，是實現(xiàn)無線智能家居、M2M等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)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(nèi)置Flash。 產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格見表1。

　　2 相關(guān)背景

　　Wi-Fi模塊處于網(wǎng)絡(luò)傳輸層，因Wi-Fi模塊廠家即將停產(chǎn)該模塊，家技部開發(fā)新編碼模塊替代，合肥基地11月份已驗證合格，12月份中旬開始批量使用，編碼Wi-Fi模塊陸續(xù)出現(xiàn)批量不連接路由器問題，部分模塊發(fā)出熱點較慢，部分模塊無熱點發(fā)出。合肥基地1月份累計共下線29單，下線批次不集中，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(jié)合。該模塊結(jié)構(gòu)見圖1(兩側(cè)深色標注為模塊引腳注釋)。

　　模塊引腳定義見表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(qū)動射頻層工作，若射頻層有異常，則MAC地址無法完成燒錄，即使功能層啟動，輸出的應(yīng)為內(nèi)部設(shè)置的原始地址;若模塊的功能層異常，射頻層則無法正常啟動，無熱點輸出。觀察模塊硬件無裝配性故障，測試元器件未發(fā)現(xiàn)明顯異常，無裝配、短路、開路等不良。

　　3.2 內(nèi)部程序分析

　　使用串口調(diào)試工具對模塊內(nèi)部程序進行讀取未發(fā)現(xiàn)異常，此處說明程序并未被篡改。

　　3.3 MAC地址查詢

　　根據(jù)標簽上的MAC地址查詢古北廠家的生產(chǎn)測試記錄未發(fā)現(xiàn)異常，表明內(nèi)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，依舊無熱點發(fā)出，此處可排除該故障為主芯片失效導(dǎo)致。

　　3.5 電源轉(zhuǎn)換芯片排查

　　正常模塊電源轉(zhuǎn)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(dǎo)致主芯片供電不足，出現(xiàn)熱點啟動慢，甚至出現(xiàn)不啟動故障。

　　3.6 電源轉(zhuǎn)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(nèi)部金線綁定未發(fā)現(xiàn)異常，開封未見損傷點。

　　3.7 更換電源轉(zhuǎn)換芯片驗證

　　將OK品模塊的電源轉(zhuǎn)換芯片與NG品的轉(zhuǎn)換芯片對調(diào)，NG品的熱點正常，原OK品的熱點異常，此處可鎖定失效點：電源轉(zhuǎn)換芯片差異導(dǎo)致熱點啟動異常。

　　此處得出結(jié)論：因電源芯片存在差異性，導(dǎo)致與主芯片匹配出現(xiàn)問題，模塊主芯片為3.3 V供電，電源轉(zhuǎn)換芯片輸出的2.47 V輸出電壓不足以供模塊主芯片啟動，所以射頻電路無法工作。而在輸出存在一定紋波時，模塊主芯片也無法立即響應(yīng)，需等電路穩(wěn)定后才進入工作狀態(tài)，這兩種情況就會導(dǎo)致模塊無熱點發(fā)出或者熱點發(fā)出較慢。

　　4 后續(xù)整改措施以及整改結(jié)果

　　4.1 臨時措施

　　使用串口測試，并將啟動時間列入測試范圍，最終結(jié)果為良品記為OK，不良品、無打印輸出為NG ，測試界面見圖3。

　　全檢方案評估：廠內(nèi)生產(chǎn)模式為：模塊插在工裝上電發(fā)出熱點→連接路由器→使用Wi-Fi遙控器遙控進入測試模式顯示17、29 。網(wǎng)絡(luò)通信主要涉及四個部分：用戶(APP)→設(shè)備→路由器→云端， 數(shù)據(jù)在這四部分中發(fā)送與接收，廠家的測試程序檢測內(nèi)部固件啟動次數(shù)，30秒內(nèi)啟動兩次以上的判定為不合格，在此基礎(chǔ)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(nèi)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(zhí)行結(jié)果：該模塊自2月1日使用新的全檢方案以來，生產(chǎn)線共計使用19266 pcs，無不良下線，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(zhí)行。

　　4.2 技術(shù)措施

　　4.2.1 改進軟件設(shè)計

　　由原來打開原芯片廠家熱點(MTK熱點)→關(guān)閉該熱點，打開格力熱點改為直接打開格力熱點，每次對熱點的打開、關(guān)閉、再打開都會產(chǎn)生一定的紋波，通過優(yōu)化程序，降低紋波對模塊主芯片的干擾 ，從軟件啟動上降低電源轉(zhuǎn)換芯片驅(qū)動主芯片失敗的次數(shù)。

　　4.2.2 硬件電路設(shè)計

　　由于器件存在一致性差異，與主芯片配合時要求匹配的精度較高，當(dāng)前所選的電源轉(zhuǎn)換芯片與主芯片之間的配合存在2‰的不良，在器件選型時首先了解主芯片的驅(qū)動電壓上限以及下限。根據(jù)主芯片的驅(qū)動電壓作為參考依據(jù)來選擇電源轉(zhuǎn)換芯片，選更寬供電能力的電源芯片，增大設(shè)計冗余，以電源轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換芯片與主芯片的匹配度。

　　參考文獻

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　　[3]熊輝.Wi-Fi技術(shù)及其應(yīng)用簡述.硅谷,2009.

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