このWi-Fi/BluetoothコンボでIoTコネクティビティの追加をより簡素化する

RF回路設計者は、今でも魔法と芸術を組み合わせる発明者と考えられています。洗練されたモデリングとシミュレーションツールにもかかわらず、実際のRFハードウェアの実現には多くの驚きがあります。このような驚きは、今日の性能と直流電力使用基準を満たすために、RF設計者の経験と調査、テスト、デバッグの力を必要とします。

手作業によるアプローチでこれらの指標を満たすことは難しいですが、数百メガヘルツ（MHz）までの周波数であれば達成可能です。その上、厳しい予算、市場投入までの時間の短さ、規制要件、エンドユーザーからの性能要求のエスカレートなどにより、手作業によるアプローチは限界に達しています。

今日のワイヤレスリンクの設計には、以下のことが必要です。

• 複数のワイヤレスバンドに対応し、優れたパフォーマンスを提供
• Wi-FiおよびBluetoothの両方のコネクティビティを実装
• 最小限のデザインイン、デバッグ、統合作業の必要性
• 最小限の基板面積とDC電源の使用
• 関連するIEEEワイヤレス技術規格を準拠
• 帯域外エミッション、電磁妨害（EMI）、無線周波数干渉（RFI）などのパラメータに関する数多くの厳しい規制要件の達成
• 大量かつ低コストで製造可能であること（手作業による調整なし）

ディスクリートコンポーネントを使ったDIY（Do It Yourself）アプローチでは、これらの要件を満たすことはできません。手作業によるチューニングや加工に加え、ディスクリートはスペース、コスト、在庫、調達の問題を引き起こします。

もうひとつの選択肢は、1社以上のベンダーのICを使ったチップセットを使うことです。しかし、これらの個別のICと関連するディスクリートデバイスを一緒に動作させることは困難であり、規制認可のためのテストに合格することは、市場投入までの時間を短縮する問題に拍車をかけます。

パワフルなICが機能性、特長、利便性を提供

幸いなことに、コネクティビティの課題は単純化されています。その好例が、Infineon Technologies AG のWi-FiとBluetoothを組み合わせた（コンボ）システムオンチップ（SoC）の AIROC CYW5557x ファミリです（図1）。これらは、動作電力を最小限に抑えながら、シームレスで高性能なモノのインターネット（IoT）コネクティビティを提供します。

図1：CYW5557xファミリは、IoT機器向けにWi-FiおよびBluetoothコネクティビティを組み合わせています。（画像提供：Infineon Technologies）

ファミリメンバーは、3バンド（2.4GHz、5GHz、6GHz）対応のWi-Fi 6/6E機能をサポートし、1 x 1シングル入力、シングル出力（SISO）と2 x 2マルチ入力、マルチ出力（MIMO）の両方のアンテナアレイ構成で利用できます。このファミリは、パワーマネージメントユニット（PMU）も内蔵しています。

Wi-Fi無線はPCIe v3.0 Gen2またはSDIO 3.0インターフェースを介してホストプロセッサに接続し、Bluetoothホストインターフェースは高速4線式UARTインターフェースを使用します。さらに、CYW5557xは、Bluetoothオーディオアプリケーション用のPCMおよびI²Sインターフェースと、外部LTEおよびIEEE 802.15.4チップ用の共存インターフェースをサポートしています。

CYW55572 は以下をサポートしています。

• Wi-Fi 6（2.4GHz、5GHz）、2 x 2 MIMO、リリース1および2の機能（直交周波数分割多元接続（OFDMA））、マルチユーザーMIMO（MU-MIMO）、ターゲット待機時間（TWT）、デュアルキャリア変調（DCM）
• 20/40/80MHzチャンネル、1024直交振幅変調（QAM）、最大1.2ギガビット/秒（Gbps）の物理層（PHY）データレート
• 拡張範囲、省電力、ネットワーク効率機能
• 製品のライフサイクルを通じて個々のサブシステムを保護するマルチレイヤのセキュリティ
• Wi-FiとBluetooth、または外部LTEや15.4無線のスマートな共存
• Bluetooth 5.3、デュアルモード動作
• Auracastブロードキャスト付きLE Audio
• 1ミリワット（dBm）、13dBm、または0dBmを基準とした20デシベルのBluetooth送信オプション

同様のファミリメンバーである CYW55573は、主にWi-Fi 6/6EトライバンドWi-Fi接続（2.4GHz、5GHz、6GHz）を提供する点でCYW55572と異なります。

CYW5557xファミリの利点は、上記の基本的なサポート機能だけではありません。

• シームレスなオーディオ/ビデオストリーミングを実現する超低遅延と仮想デュアルバンド同時動作機能
• リモートアクセスポイントへの接続を確実にするレンジブースト
• 混雑したネットワーク環境や重複したネットワーク環境でも、ビデオ/オーディオの最良のストリーミングを保証するネットワークロバスト機能の強化
• バッテリ寿命を最大化する高度な省電力機能
• ネットワークオフロードでシステムの消費電力を節約
• 製品のライフサイクルを通じて個々のサブシステムを保護するマルチレイヤのセキュリティ

さらに、-40°C～+85°Cの温度範囲で動作し、FCBGA、WLCSP、WLBGAパッケージで提供されます。

複雑な設計のやり直しは不要

CYW5557xチップセットは機能的に完成していますが、すべての設計には、DC/DCレギュレータ、バイパス用受動素子、適切な回路基板レイアウトなどの関連部品が必要です。

ゼロから新しい回路基板を設計する代わりに、規制認定を受けた生産準備の整ったモジュールを活用することで、市場投入までの時間を短縮することができます。コネクティビティソフトウェアをインストールし、設計を検証し、生産に入るだけです。

たとえば、 Embedded Artists AB EAR00413 2EA M.2評価モジュール(Murata Electronics と共同開発し、同社の2EAモジュールを使用）により、アプリケーション開発を迅速かつ容易に開始することができます（図2）。このPCIe互換インターフェースボードはM.2フォームファクタ（22 x 44mm）で、AIROC CYW55573チップセットを採用し、Wi-Fi 6E、802.11 a/b/g/n/ac/ax 2x2 MIMO、Bluetooth 5.2コネクティビティをサポートします。

図2：AIROC CYW55573用EAR00413評価ボードはM.2フォームファクタです。（画像提供：Embedded Artists AB）

このボードは、標準化されたフォームファクタの「ドロップイン」認定ソリューションであり、整備されたソフトウェアドライバ（Linux SDK）へのアクセスを提供し、高度なデバッグサポートを含むEmbedded Artistsの追加サポートを受けることができます。

設計者にとってのもう1つの利点は、RFの専門知識が必須条件ではないことです。このデータシートでは、サードパーティ製の特定のシングルバンドおよびマルチバンドSISOおよびMIMOアンテナを認めています。

まとめ

Wi-FiとBluetoothの最新バージョンに対応した高性能で低消費電力のデータリンクの実装とサポートは、設計とデバッグの課題です。Infineon Technologiesの高集積CYW5557x Wi-Fi/BluetoothコンボSoCは、サードパーティのモジュールおよびソフトウェアサポートとともに、IoT設計のプロセスを簡素化し、市場投入までの時間を短縮します。