USI | 【嵌入式 WiFi 模块】无缝接轨生活的每个角落

04/10/2023

【嵌入式 WiFi 模块】无缝接轨生活的每个角落

在当今世界，互联网是所有技术进步的核心，无缝连接已经成为必需品，如何将WiFi模块整合到设备 中是实现无缝连接的最重大挑战之一。因此，嵌入式WiFi模块变得越来越流行，因为它们提供了一个成本效益极高的解决方案。本文将介绍嵌入式 WiFi 模块的类型，例如：蓝牙 WiFi 模块和组合模块，并重点介绍各自的优点和常见应用场景，讨论嵌入式WiFi模块实现无缝连接的好处、挑战以及整合模块的关键重点。

什么是「嵌入式」WiFi 模块？

嵌入式WiFi模块是一种小型装置，顾名思义，能够嵌入在各种应用产品的系统中，发挥无线连接网络的能力。简而言之，透过嵌入式WiFi模块的整合，你身边或是手上的设备才能快速且顺利连接网络。嵌入式WiFi模块通常尺寸特别小、低功耗和具备多种不同的无线协议，从而得以适用在不同的通讯设备。它们通常用于物联网设备、智慧家用电器、医疗保健和工业自动化。

嵌入式WiFi 模块有哪些类型和应用？

单频 WiFi 模块 - 此类模块在 2.4Ghz 频段上运行，是最常见的 WiFi 模块类型，已经广泛应用于可穿戴设备、智慧家居设备、工业自动化系统等物联网设备。

双频和三频 WiFi 模块 - 此类模块在 2.4Ghz 和 5GHz 频段上运行，也可以扩展到 6~7GHz，与单频模块相比，此类模块性能更好，数据传输速度更快。双频/三频模块主要用于影片直播、电竞游戏、高速数据传输等高性能应用。

组合式 WiFi 模块 - 又称为无线组合模块，特点是将WiFi及多种不同的无线连接技术在同一模块上实现。由于组合式 WiFi 模块为高性能连接设备提供性价比极高的解决方案，所以在物联网市场中特别受欢迎，以下是几种市面上常见的组合类型：

蓝牙 WiFi 模块 - WiFi 常见于较短距离的高速数据传输，而蓝牙则应用在低功耗、低带宽的连结。两者的组合常见于智能手机、笔记本电脑和其他行动装置，用来连接耳机或智能手表等穿戴式设备。

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LoRa WiFi 模块 - 此类模块是专门为物联网设备之间的远程通信设计。LoRa 技术具备功耗低、可远程连接的特点，可实现几公里范围内的无线连接，因此成为智慧城市、智慧农业和工业自动化等应用的理想选择。常用于远程监控系统、远程医疗如患者监护仪、智能农业和车联网的资产跟踪等应用。

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GNSS WiFi 模块 – 透过将 WiFi 技术与全球卫星导航系统 (GNSS) 相结合，可确定设备的位置、速度和方向。透过WiFi连接，则适用于在线实时地图或下载地图等数据密集型应用，此类模块主要用于导航系统、追踪装置和地理定位服务，可提供准确的位置信息。

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嵌入式WiFi 模块有哪些问题需要解决？

1. 连接范围有限

目前最重要的挑战之一，就是仅能连接有限的范围。WiFi信号会受到各种因素的影响，如墙壁、障碍物和距离。因此，使用嵌入式WiFi模块的设备，只能被设计成在有限的范围内运行，确保能与网络顺利连接。

2. 连接讯号不稳定，易受干扰

来自其他无线设备的干扰也很常见，尤其是当两项设备同时在相同频率上运作。这种干扰可能导致数据丢失、延迟增加和网络性能下降。要能够杜绝讯号干扰问题，设备中的嵌入式WiFi 模块应被设计在频率范围之间灵活运行。

3. 个人资安问题

不论是哪一种联网设备，如果设计不正确，都必然伴随着资安风险。这些设备可能容易受到黑客攻击，这可能导致数据泄露和其他安全威胁。必须实施安全协议，如加密和认证，以确保设备的安全。

整合嵌入式WiFi 模块的关键要点

1. 天线如何设计

在模块中如何设计天线的正确位置是实现无缝连接的关键。天线的设计应基于范围、干扰和功耗等因素。最重要的是必须优先考虑天线的尺寸、排布以及天线的频率范围。设计良好的天线可以提高设备的范围和性能，而设计不良的天线可能导致干扰和降低连接性。制造商应仔细选择和测试天线，以确保最佳性能。

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2. 功耗及韧体管理

在将嵌入式WiFi模块整合到设备中时，有效的电源管理可以延长电池寿命并降低功耗，功耗的管理也是属于韧体管理的重要环节。因此，制造商应定期提供韧体更新，持续确保信息安全并提高性能。设备还应该被设计为支持空中（OTA）韧体更新，才能更加简化更新过程。

3. 测试和验证

产品在开发前期，制造商必须先使用仿真软件协助设计开发，评估天线的特性和表现，并确认设计能通过合规的验证测试。仿真出最接近产品实机的数据，能及早发现实体产品制造后所可能产生的问题，尽快调整设计，避免在量产后才发现产品效能问题，导致产品失败。同时，在产品开发后期，也需要因应不同电信业者和法规的要求，动态调整必须的通讯协议开发和验证。

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未来关键角色「嵌入式 WiFi 模块」

随着无线技术的进步以及人们对物联网设备日益增长的需求，消费者已经开始对于网络联机有更多的期待和想象，例如：WiFi 6、WiFi 7、5G、边缘计算、人工智能和机器学习等技术将推动该领域的创新。藉由多年累积的 WiFi 模块设计、制造和验证能力，环旭电子具备全方位的客制化服务，确保模块可以整合在客户的产品中。

同时结合系统级封装 (SiP) 制程技术，将有助于设计及制造高度集成的小型 WiFi 模块，此类型的模块特别适合追求小尺寸的微小化产品。因此，在不牺牲性能或可靠性的情况下，环旭电子可生产出体积更小、性能更高的 WiFi 模块。随着半导体技术开始主导全球通讯产品的核心，嵌入式 WiFi 模块预计将成为推动下一代智能型设备的关键角色。