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模块化小型化技术

已有 115 次阅读2018-4-14 11:34 |个人分类:电子技术| 关键词: 滤波器, 蓝牙智能模块, 电池

        有一种看法认为,使用无线模块可以帮助产品快速上市并简化认证过程,但它的价格要大一些。

  现代材料和设计可以帮助无线系统的小型化,优化天线设计和匹配无线电元件。尽管可以对额外的尺寸进行惩罚,但使用模块可以帮助隔离设计中对噪声敏感的元素,从而提高系统的整体性能。最后,这可能会导致更小的设计,因为它消除了需要隔离的无线电前端,它可以占用空间或需要更多的层印刷电路板提供隔离。虽然使设计变小,这可能会更昂贵。

  在某些情况下,使用模块可能不会造成大小惩罚。事实上,将关键组件集成到模块的基片中可以减少占用空间,为无线系统的小型化提供更多的好处。

  对于某些应用,如智能卡,模块是必不可少的,但即使在这里也有创新的小型化。例如,英飞凌已开发模块”“线圈(COM)封装技术,它认为可以彻底改变和双接口的无线智能卡的设计制造。

  该技术简化和改进了电子识别卡、电子驾驶执照或带有非接触接口的健康保险卡的制造。这些双接口卡构建了主要用于今天和新兴的无线移动解决方案的基于联系人的卡应用程序之间的桥梁。根据市场调查公司IHS公司的最新估计,政府和医疗机构的双接口卡每年增长2013至2019,而纯非接触式卡的增长率为百分之十四。

  英飞凌线圈天线的RF芯片模块的图像

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  图1:英飞凌已经用在射频芯片模块连接到一个智能卡天线线圈天线。

  设计的关键是射频连接,而不是芯片模块和卡天线之间的通用机械电连接,将模块电连接到卡上(见图1)。这允许在卡片制作过程中跳过芯片模块与卡天线互连的复杂过程。由于芯片模块和卡天线之间没有连接,可能会受到机械应力的损坏,因此卡的可靠性和安全性更高,因为芯片模块比普通模块薄20%,这样可以在卡中集成额外的安全功能。com技术还意味着集成天线的芯片和模块得到了完美的调整,不需要卡制造商额外的调整。


  蓝牙

  蓝牙模块的小型化正推动着无线技术进入越来越多的应用领域,那里的空间非常昂贵。对于一个简单的蓝牙串行链路,无线模块可以提供一个接口,在一个微小的六十球包,只测量6.1毫米×9.1毫米×1.2毫米。从德克萨斯文书的lmx9830蓝牙串口模块是一个高度集成的2蓝牙基带控制器和2.4 GHz无线的所有硬件和固件需要通过完整的上下叠层天线蓝牙提供完整的解决方案,到应用程序包括通用访问配置文件(GAP)、服务发现中的应用简介(SDAP),和串行端口配置文件(SPP)。

  德克萨斯仪器lmx9830蓝牙串行链路模块图像

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  图2:为lmx9830蓝牙串行链路模块从德克萨斯仪器六十球包。

  不仅是小的,而且额外的软件也减少了上市时间,因为模块是作为蓝牙集成组件预先限定的,并且包括一个可配置的服务数据库,以完成对主机上附加配置文件的服务请求。

  小型化要结合TI公司的16位处理器CompactRISC架构和数字智能广播技术。固件提供的片上ROM存储器提供了一个完整的蓝牙(V2.0)堆栈包括配置文件和命令接口,以及点对点和点对多点的链路管理支持的数据速率达到理论最大值在多达七个蓝牙数据链路的704 kbps的RFCOMM。

  对于无线传感器、工业更复杂的模块,医疗和汽车应用,松下的下一代,智能手机兼容,地方玩pan1322蓝牙模块集成了蓝牙2.1 + EDR堆栈的32位单片机,串口配置文件(SPP),AT命令集的API和陶瓷天线。

  pan1322模块的图像从松下图

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  图3:松下的pan1322模块包括陶瓷天线。

  这是基于成本工程提供一个整合了蓝牙控制器的ARM7TDMI处理器安全、可靠的单芯片解决方案,高速数据连接使用安全简单的配对(SSP),消除了手动创建密码。嵌入式串口配置文件(SPP)可以释放应用程序资源,而AT命令集API使用调制解调器命令创建一个简单的固件接口。板载天线消除了2.4千兆赫的RF电路复杂的设计师,所有在一个15.6毫米×8.7毫米×2.8毫米模块是完全屏蔽,以提高免疫力。

  没有外部组件需要,因为该模块还包括一个板载电压调节器,支持电压从2.7到3.6 V,它支持工业温度范围从40至85°C。

  松下pan1322模块图像

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  图4:包括在pan1322天线和电压调节器消除了外部元件。

  也许令人惊讶的是,软件架构的选择也有助于无线模块的小型化。

  对于更复杂的蓝牙低功耗(BLE)和智能协议,Laird的bl600模块集成了Nordic半导体芯片与射频nrf51822提供长时间的无线范围,低功耗,都在一个紧凑的面积为19毫米×12.5毫米。虽然这个模块包含了所有支持硬件开发应用程序开发所需的硬件和固件,但编程环境有助于进一步减少无线节点的整体规模。

  Laird的事件驱动编程语言大大简化了smartbasic BLE集成允许独立操作的模块,传感器可以通过附带任何的界面无需外部处理器的需要,减少了节点的大小。一个简单的smartbasic应用封装完整的端到端的过程,阅读,写作,传感器数据,然后利用能够转移到任何蓝牙V4.0设备–智能手机、平板电脑、网关处理,或计算机。最终smartbasic加速发展初期,创作原型,并通过在模块提供稳定的专业大批量生产。

  莱尔德bl600蓝牙智能模块的图像

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  图5:领主bl600蓝牙智能模块小于其电池。

  蜂窝

  还有其他方法来驱动无线模块的小型化。使用陶瓷基板似乎是一种昂贵的方法,但这可以允许组件,如电容器,电阻,甚至电感器到不同层的基板。这使得过滤器可以很容易地包含在模块中,减少了整体大小,因为不需要外部分立组件。

  陶瓷技术还可以通过其他方式帮助无线系统的小型化。对于使用MIMO(多入多出)拓扑以提高性能的蜂窝系统,SAW滤波器的大小是一个关键考虑因素。因此,京瓷公司开发了一种微型SAW滤波器模块,适用于要求小型化和低姿态的通信终端。

  京瓷声表面波滤波器的图像

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  图6:将分立元件集成到模块的基板上,减少了京瓷的SAW滤波器的尺寸。

  该模块测量2.5毫米x 2毫米x 1.1毫米,使用一个小的SAW滤波器和双工器的匹配电路为陶瓷基片集成,通过一个专有的树脂成型结构支撑。滤波器特性、低插入损耗、高衰减来自匹配电路和双工器的设计,和更小的尺寸是整合外部元件为多层陶瓷基板。通过在SAW滤波器、电容器或电感器安装的衬底上涂覆树脂,该模块也变得更加坚固可靠。


  结论

  模块可以用来减少无线系统的上市时间和限定时间,但随着创新的设计技术,它们也被用作小型化的关键驱动力。减少无线链路的规模和复杂性将技术推向越来越多的应用程序。有一个简单的蓝牙模块在几平方毫米,设计师可以很容易地实现无线连接,提高到更复杂的设计,不同的模块。通过将天线和匹配电路集成到具有优化的硅控制器和电源管理的模块中,可以减小接口的整体尺寸。将外部组件集成到模块的基片中,可以扩展这种小型化,从而进一步减小设计的尺寸。


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