浅谈Wi-Fi模块器件选型不当导致的热点异常

作者 张秀凤，甘威，程磊，项永金，何洪峰(格力电器(合肥)有限公司，安徽 合肥 230088)

　　摘要：随着网络科技的迅速发展，智慧生活成为发展方向。智能家居越来越受到人们的重视。Wi-Fi模块是智能家居的必要部件。若将该模块用在空调上，则可实现用户对空调的远程控制，不再受距离的限制。使用时用户需连接Wi-Fi模块发出的热点，再与空调进行匹配，从而在终端APP上控制空调。而模块能否发出热点以及能否能够成功连接上路由器是能够实现终端控制的关键部分，模块的器件选型会直接影响此部分功能。

　　关键词：智能家居;Wi-Fi模块;热点;器件选型

　　1 Wi-Fi模块简介

　　Wi-Fi模块又被称为串口Wi-Fi模块，属于物联网传输层，是整个体系结构中关键层次之一，完成面向连接的可靠服务，流量控制以及拥塞控制等。将串口或者TTL电平转换为符合Wi-Fi无线网络通信标准的嵌入式模块，内置无线网络协议IEEE802.11b.g.n协议栈以及TCP/IP协议栈，可以通过UART口与其他设备进行通信。模块集成了射频收发机、MAC。基带处理、所有的Wi-Fi协议和配置信息以及网络协议栈，可广泛用于智能家居设备、医疗器械领域。传统的硬件设备嵌入Wi-Fi模块可以直接利用Wi-Fi联入互联网，是实现无线智能家居、M2M等物联网应用的重要组成部分。

　　模块集成ARM Cortex-M4F处理器，最高主频可达192 MHz，384 KB的SRAM，8 Mbits的内置Flash。 产品技术规格见表1。

　　2 相关背景

　　Wi-Fi模块处于网络传输层，因Wi-Fi模块厂家即将停产该模块，家技部开发新编码模块替代，合肥基地11月份已验证合格，12月份中旬开始批量使用，编码Wi-Fi模块陆续出现批量不连接路由器问题，部分模块发出热点较慢，部分模块无热点发出。合肥基地1月份累计共下线29单，下线批次不集中，主要批次为171201、171204、171207、171212、171218、171222。

　　3 原因分析

　　3.1 硬件电路分析

　　该模块共计分三层：第一层为绿色P板的功能电路层;第二层为蓝色P板的射频电路层;第三层为射频层与功能层结合。该模块结构见图1(两侧深色标注为模块引脚注释)。

　　模块引脚定义见表2。

　　射频层主要功能为射频信号的发送与接收，MAC地址的烧录也在这一层中完成，功能层主要是连接外部主板驱动射频层工作，若射频层有异常，则MAC地址无法完成烧录，即使功能层启动，输出的应为内部设置的原始地址;若模块的功能层异常，射频层则无法正常启动，无热点输出。观察模块硬件无装配性故障，测试元器件未发现明显异常，无装配、短路、开路等不良。

　　3.2 内部程序分析

　　使用串口调试工具对模块内部程序进行读取未发现异常，此处说明程序并未被篡改。

　　3.3 MAC地址查询

　　根据标签上的MAC地址查询古北厂家的生产测试记录未发现异常，表明内部非原始地址，射频层可正常工作。

　　3.4 主芯片排查

　　更换模块主芯片上电测试，依旧无热点发出，此处可排除该故障为主芯片失效导致。

　　3.5 电源转换芯片排查

　　正常模块电源转换芯片输出3.20 V电压，故障模块输出电压为2.47 V，较正常模块输出电压低，且输出存在纹波，导致主芯片供电不足，出现热点启动慢，甚至出现不启动故障。

　　3.6 电源转换芯片单品差异对比

　　从表3中可以看出：OK品的3脚PN值较NG品的3脚PN值小;OK品的1、3脚对地阻值较NG品的1、3脚阻值大。X光查看内部金线绑定未发现异常，开封未见损伤点。

　　3.7 更换电源转换芯片验证

　　将OK品模块的电源转换芯片与NG品的转换芯片对调，NG品的热点正常，原OK品的热点异常，此处可锁定失效点：电源转换芯片差异导致热点启动异常。

　　此处得出结论：因电源芯片存在差异性，导致与主芯片匹配出现问题，模块主芯片为3.3 V供电，电源转换芯片输出的2.47 V输出电压不足以供模块主芯片启动，所以射频电路无法工作。而在输出存在一定纹波时，模块主芯片也无法立即响应，需等电路稳定后才进入工作状态，这两种情况就会导致模块无热点发出或者热点发出较慢。

　　4 后续整改措施以及整改结果

　　4.1 临时措施

　　使用串口测试，并将启动时间列入测试范围，最终结果为良品记为OK，不良品、无打印输出为NG ，测试界面见图3。

　　全检方案评估：厂内生产模式为：模块插在工装上电发出热点→连接路由器→使用Wi-Fi遥控器遥控进入测试模式显示17、29 。网络通信主要涉及四个部分：用户(APP)→设备→路由器→云端， 数据在这四部分中发送与接收，厂家的测试程序检测内部固件启动次数，30秒内启动两次以上的判定为不合格，在此基础上，还包含了连接路由器情况，与生产测试模式通信测试包含的内容相同，故此项全检方案可有效控制故障品流出。

　　全检方案执行结果：该模块自2月1日使用新的全检方案以来，生产线共计使用19266 pcs，无不良下线，此方案可有效筛选故障品，在技术措施未落地前按此方案执行。

　　4.2 技术措施

　　4.2.1 改进软件设计

　　由原来打开原芯片厂家热点(MTK热点)→关闭该热点，打开格力热点改为直接打开格力热点，每次对热点的打开、关闭、再打开都会产生一定的纹波，通过优化程序，降低纹波对模块主芯片的干扰 ，从软件启动上降低电源转换芯片驱动主芯片失败的次数。

　　4.2.2 硬件电路设计

　　由于器件存在一致性差异，与主芯片配合时要求匹配的精度较高，当前所选的电源转换芯片与主芯片之间的配合存在2‰的不良，在器件选型时首先了解主芯片的驱动电压上限以及下限。根据主芯片的驱动电压作为参考依据来选择电源转换芯片，选更宽供电能力的电源芯片，增大设计冗余，以电源转换芯片输出的电压下限需略大于主芯片供电电压的下限为准则，增加电源转换芯片与主芯片的匹配度。

　　参考文献

　　[1]谢希仁.计算机网络(5版).电子工业出版社,2008.

　　[2]陈文周.Wi-Fi技术研究与应用.数据通信,2008.

　　[3]熊辉.Wi-Fi技术及其应用简述.硅谷,2009.

本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第2期第78页，欢迎您写论文时引用，并注明出处