淺談Wi-Fi模塊器件選型不當導致的熱點異常

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上，則可實現(xiàn)用戶對空調的遠程控制，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，再與空調進行匹配，從而在終端APP上控制空調。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實現(xiàn)終端控制的關鍵部分，模塊的器件選型會直接影響此部分功能。

　　關鍵詞：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，是整個體系結構中關鍵層次之一，完成面向連接的可靠服務，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無線網(wǎng)絡通信標準的嵌入式模塊，內置無線網(wǎng)絡協(xié)議IEEE802.11b.g.n協(xié)議棧以及TCP/IP協(xié)議棧，可以通過UART口與其他設備進行通信。模塊集成了射頻收發(fā)機、MAC。基帶處理、所有的Wi-Fi協(xié)議和配置信息以及網(wǎng)絡協(xié)議棧，可廣泛用于智能家居設備、醫(yī)療器械領域。傳統(tǒng)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)，是實現(xiàn)無線智能家居、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。 產品技術規(guī)格見表1。

　　2 相關背景

　　Wi-Fi模塊處于網(wǎng)絡傳輸層，因Wi-Fi模塊廠家即將停產該模塊，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合。該模塊結構見圖1(兩側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，輸出的應為內部設置的原始地址;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 內部程序分析

　　使用串口調試工具對模塊內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測試記錄未發(fā)現(xiàn)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，依舊無熱點發(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(xiàn)熱點啟動慢，甚至出現(xiàn)不啟動故障。

　　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光查看內部金線綁定未發(fā)現(xiàn)異常，開封未見損傷點。

　　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品的熱點正常，原OK品的熱點異常，此處可鎖定失效點：電源轉換芯片差異導致熱點啟動異常。

　　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(xiàn)問題，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，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，需等電路穩(wěn)定后才進入工作狀態(tài)，這兩種情況就會導致模塊無熱點發(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：廠內生產模式為：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)絡通信主要涉及四個部分：用戶(APP)→設備→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部固件啟動次數(shù)，30秒內啟動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(zhí)行結果：該模塊自2月1日使用新的全檢方案以來，生產線共計使用19266 pcs，無不良下線，此方案可有效篩選故障品，在技術措施未落地前按此方案執(zhí)行。

　　4.2 技術措施

　　4.2.1 改進軟件設計

　　由原來打開原芯片廠家熱點(MTK熱點)→關閉該熱點，打開格力熱點改為直接打開格力熱點，每次對熱點的打開、關閉、再打開都會產生一定的紋波，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換芯片驅動主芯片失敗的次數(shù)。

　　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，在器件選型時首先了解主芯片的驅動電壓上限以及下限。根據(jù)主芯片的驅動電壓作為參考依據(jù)來選擇電源轉換芯片，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(5版).電子工業(yè)出版社,2008.

　　[2]陳文周.Wi-Fi技術研究與應用.數(shù)據(jù)通信,2008.

　　[3]熊輝.Wi-Fi技術及其應用簡述.硅谷,2009.

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