Wi-Fi基带芯片和Wi-Fi无线网卡设计方案-技术方案

精品文档-下载后可编辑Wi-Fi基带芯片和Wi-Fi无线网卡设计方案-技术方案1999年工业界成立了Wi-Fi联盟，致力解决符合802.11标准的产品的生产和设备兼容性问题。Wi-Fi不仅应用于目前销售的几乎每一部智能手机中，而且几乎应用于所有的掌上游戏机、平板电脑、笔记本电脑中。在涉及汽车、数码相机、电子书阅读器、蓝光设备和个人视频录像机以及每一种设备的大量新应用中都有Wi-Fi芯片组。因此，市场研究公司In-Stat预测2022年Wi-Fi芯片组的年出货量将超过10亿套。目前Wi-Fi芯片的发展趋势除了速率54Mbps的IEEE802.11b/g基带芯片外，有下面几种发展趋势：趋势一：高速率方向发展。这类芯片支持支持1x1的802.11n标准，速率可达150Mbps。采用MIMO技术的802.11n芯片速率达300Mbps或以上，主要用于高清图像的传输;值得关注的是，高速率芯片的支持标准将从IEEE802.11n过渡到IEEE802.11ac（6GHz以下频段，速率可达1Gbps）和IEEE802.11ad（60GHz工作频段，速率可达7Gbps）。趋势二：低功耗、低速率方向发展。这类芯片强调低功耗，对速率要求低，速率可以为2Mbps，只需支持IEEE802.11b标准即可，在工业应用、物联网应用中有很大的市场。趋势三：和其他网络的融合，如和3G以及未来4G网络的融合。Wi-Fi基带芯片的架构根据是否采用处理器来区分的话，一般有以下几种：种为全硬件型，不采用处理器，整个芯片的MAC（MediumAccessControl，媒体访问控制）层和Phy（Physicallayer，物理层）全部由硬件逻辑实现。第二种为半软半硬型，在MAC层采用处理器，一般为MIPS内核，也有少部分采用ARM内核；物理层采用硬件逻辑实现。第三种为全软型，这种芯片采用高速DSP，MAC和Phy全部由软件实现。这几种类型各有优缺点，市面上都有。一般来说，种全硬件型设计难度相对大些，处理速度相对快些。而且因为没有处理器，成本会相对低些。第三种全软件型，可以灵活配置和升级，随着DSP的高速、小面积和低功耗发展，全软件型设计的比重会逐渐增加。SCI基带芯片介绍S901芯片结构：本文介绍的Wi-Fi基带芯片是SCI的第1代Wi-Fi基带芯片，工艺为0.18微米CMOS，接口为USB2.0接口。属于前面说到的种全硬件类型，芯片内部的MAC和PHY全部由硬件实现。芯片结构如图1所示：整个基带芯片分为USB接口部分、MCU、MAC、PHY、ADC/DAC。内置MCU执行USB固件程序。

开发流程：整个设计采用自顶向下的设计方法，先设计芯片的架构，将芯片分为驱动、MAC、Phy三个主要部分。驱动部分的设计采用软件工程的设计方法进行；因为驱动运行在PC端，要和硬件（网卡）进行数据交互，所以，首先要制定通信报文。MAC部分的设计在分析协议后，进行软硬件划分，确定那些由硬件完成，那些由软件完成。物理层涉及较多的通信算法，如帧同步算法、频率同步（粗频率同步，细频率同步）、信道估计、编码解码、调制解调等，需要先进行仿真确定算法。整个物理层的开发流程如图2所示。

仿真：开发过程中，物理层的算法都经过严格的仿真，仿真结果满足设计指标后才开始进行HDL设计。下图3是OFDM调制解调54Mbps仿真结果。标准规定：PER《10%，SNR》25@54Mbps。

技术特点：基带部分不采用处理器，减小芯片面积和提高处理速度；片内MCU负责执行USB的固件程序和执行MAC层及物理层的配置；物理层算法采用自主算法；支持WAPI、IEEE802.11i加密标准，多种加密方式无缝集成；MAC实时性要求不高的部分由软件实现，便于升级和维护。芯片面积：芯片的逻辑单元为：863Kgates（MAC+PHY+USB+MCU）MEMORY大小为：271Kbits。在0.18um下的Diesize为：23mm2（包括ADC/DAC/LDO等模拟部分）。S901芯片版图如图4所示。

芯片功耗：整个基带包括内部ADC/DAC的功耗如表1所示。

表1：S901功耗表

基于SCIWi-Fi基带芯片的无线网卡设计SWM9001Wi-Fi无线网卡的结构和主要技术指标SWM9001是基于苏州中科半导体集成技术研发中心有限公司（灵芯集成）具有自主知识产权的射频芯片S103和基带芯片S901设计的Wi-Fi无线模组，该产品在2022年9月30日获得Wi-Fi联盟的产品，号为WFA12939。该无线模组是国内家利用自主知识产权Wi-Fi芯片设计而获得的产品。下图5是网卡的结构图，图6是网卡外形图。

图5：SWM9001网卡构成

图6：SWM9001外形

SWM9001网卡的主要指标特性如下：*符合IEEE802.11b/g/e/h/i标准，同时支持WAPI加密标准;*加密标准：64/128/152bitWEP，WPA/WPA2/WPA-PSK/WPA2-PSK，WAPI；*接口：USB2.0;*传输速率：6/9/12/18/24/36/48/54Mbps@802.11g;1/2/5.5/11Mbps@802.11b；*调制方式：BPSK/QPSK/16QAM/64QAM@11g;DQPSK/DBPSK/DSSS/CCK@802.11b；*接收灵敏度：-71dBm@11g，54M;-90dBm@11b，11M;*驱动：WindowME/SE/XP/2000/Vista/Win7，Linux2.6.28andAndroid2.1/2.2/2/3;*传输距离：室内100米，室外：300米。应用范围：灵芯集成为该参考设计提供完整的解决方案（原理图，PCB，BOM表，驱动程序），产品设计充分考虑了功耗、稳定性、易用性和可扩充性。性能在同类产品中处于地位，价格具有相当的竞争优势。该Wi-Fi无线模组可以应用于PC机无线网卡，无线视频传输，家庭无线网关，工业数据无线传输等场合。SWM9001无线网卡的设计技巧和注意事项无线网卡的电路主要包括射频前段模块（FEM）、射频模块（RF）、基带芯片和电源部分。设计中需要注意的事项主要是射频前段模块（FEM）、射频模块（RF）的电磁兼容和干扰问题：1）FEM的滤波电容100uF;因为FEM的PA部分工作电流所占比重大，需要大容量的滤波电容；2）Wi-Fi射频单元的电源输入需串入一个磁珠，用来抑制电源线上的高频噪声和尖峰干扰，提高发射精度；3）有源晶振（40MHz）时钟线宽不得小于8mil，在顶层（Toplayer）或底层（B