探索Type 2FR：集多功能于一身的無線模塊

在當(dāng)今的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）領(lǐng)域，無線連接技術(shù)的發(fā)展日新月異。對于電子工程師來說，選擇一款性能卓越、功能豐富且易于集成的無線模塊至關(guān)重要。今天，我們就來深入了解一下村田（Murata）的Type 2FR主機(jī)無Wi-Fi 6 +藍(lán)牙LE 5.4 / 802.15.4三無線電模塊。

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一、模塊概述

Type 2FR是一款基于恩智浦（NXP）RW612組合芯片組的小型高性能模塊，支持IEEE 802.11 a/b/g/n/ac/ax +藍(lán)牙LE 5.4 / 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)。它的尺寸僅為12.0 mm x 11.0 mm x 1.55 mm（最大），重量僅0.54 g，卻集成了強(qiáng)大的功能，為各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供了理想的解決方案。

二、關(guān)鍵特性

（一）強(qiáng)大的處理與存儲能力

• 處理器：內(nèi)置260 MHz的Arm? Cortex? -M33微控制器，擁有1033的CoreMark?分?jǐn)?shù)，每MHz可達(dá)3.97 CoreMark，為應(yīng)用程序提供了高效的處理能力。
• 內(nèi)存與閃存：配備1.2 MB SRAM和16MB閃存，還支持通過FlexSPI接口進(jìn)行外部PSRAM擴(kuò)展，最大可擴(kuò)展至128 MB，滿足不同應(yīng)用的存儲需求。

（二）豐富的無線連接支持

• Wi-Fi 6：支持雙頻段（2.4 GHz和5 GHz）Wi-Fi 6 SISO，20 MHz信道，最高可達(dá)MCS9數(shù)據(jù)速率，提供高速穩(wěn)定的無線連接。
• 藍(lán)牙LE 5.4：支持藍(lán)牙規(guī)范版本5.4，具備低功耗、長距離等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種藍(lán)牙設(shè)備的連接。
• IEEE 802.15.4：支持IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，可用于ZigBee等無線傳感網(wǎng)絡(luò)。

（三）多樣的外設(shè)接口

• 提供64個(gè)通用輸入輸出引腳（GPIOs），以及FlexSPI、SDIO 3.0、以太網(wǎng)、USB、USART、I2C、SPI、I2S、PCM、ACOMP、DAC、ADC、JTAG等豐富的外設(shè)接口，方便與各種外部設(shè)備進(jìn)行連接和通信。

（四）內(nèi)置安全特性

繼承了RW612芯片的所有內(nèi)置高級安全特性，包括NXP EdgeLock? Assurance、NXP EdgeLock 2GO Trust Provisioning、基于Arm TrustZone - M的可信執(zhí)行環(huán)境（TEE）、硬件信任根、硬件加密加速器、真隨機(jī)數(shù)生成器（TRNG）、物理不可克隆功能（PUF）、基于OTP的設(shè)備配置和生命周期管理、安全啟動、軟件更新和調(diào)試等，為系統(tǒng)安全提供了可靠保障。

三、訂購信息

Type 2FR提供了不同的訂購選項(xiàng)，如LBESOZZ2FR - SMP為模塊樣品，LBESOZZ2FR - 580為正式模塊，LBESOZZ2FR - EVK為評估套件，方便用戶根據(jù)需求進(jìn)行選擇。

四、產(chǎn)品詳細(xì)剖析

（一）模塊結(jié)構(gòu)與框圖

Type 2FR的模塊結(jié)構(gòu)緊湊，其框圖清晰地展示了各個(gè)功能模塊的連接關(guān)系。從框圖中可以看到，它集成了微控制器、內(nèi)存、射頻前端等核心組件，通過合理的布局和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了高效的信號處理和無線通信。

（二）微控制器（MCU）

NXP RW612無線片上系統(tǒng)（SoC）集成了Arm Cortex - M33 MCU，為用戶應(yīng)用提供了強(qiáng)大的處理能力。其260 MHz的主頻和豐富的指令集，能夠快速響應(yīng)各種任務(wù)需求。

（三）內(nèi)存和閃存

模塊通過FlexSPI接口集成了16MB閃存，同時(shí)支持外部閃存或外部內(nèi)存擴(kuò)展。這為系統(tǒng)存儲應(yīng)用程序代碼、數(shù)據(jù)等提供了充足的空間，并且方便進(jìn)行系統(tǒng)升級和功能擴(kuò)展。

（四）外設(shè)接口

豐富的外設(shè)接口是Type 2FR的一大亮點(diǎn)。例如，多達(dá)五個(gè)可配置的通用串行接口模塊（FlexComm接口），可根據(jù)需要配置為SPI、I2C、I2S或UART，滿足不同外設(shè)的通信需求。SDIO 3.0接口可用于連接外部存儲卡，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的大容量存儲。高速USB 2.0 On - The - Go（OTG）接口則方便與計(jì)算機(jī)或其他USB設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

（五）內(nèi)置安全特性

在當(dāng)今的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，安全問題至關(guān)重要。Type 2FR繼承了RW612芯片的先進(jìn)安全特性，從硬件層面到軟件層面都提供了全方位的安全保護(hù)。例如，硬件加密加速器能夠快速處理加密和解密操作，提高系統(tǒng)的安全性和處理效率。真隨機(jī)數(shù)生成器（TRNG）為加密算法提供了真正隨機(jī)的密鑰，增強(qiáng)了加密的可靠性。

（六）Type 2FR與Type 2FP對比

Type 2FR和Type 2FP都基于NXP RW61x系列IC，但在一些方面存在差異。Type 2FR支持IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，而Type 2FP不支持。不過，它們在尺寸、引腳布局、天線選擇和軟件SDK等方面是相同的，這意味著在設(shè)計(jì)中可以方便地進(jìn)行替換和升級。

五、認(rèn)證信息

（一）無線電認(rèn)證

Type 2FR獲得了多個(gè)國家和地區(qū)的無線電認(rèn)證，如美國的FCC ID、加拿大的IC ID、日本的TELEC ID等。這些認(rèn)證確保了模塊在不同地區(qū)的合法使用，為產(chǎn)品的全球推廣提供了保障。

（二）藍(lán)牙資格認(rèn)證

模塊通過了藍(lán)牙SIG的資格認(rèn)證，QDID為Q321062，DID/DN為D068386。這表明它符合藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的要求，能夠與其他藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行穩(wěn)定的連接和通信。

六、尺寸、標(biāo)記和端子配置

（一）尺寸

模塊的尺寸為12.0 mm x 11.0 mm x 1.55 mm（最大），小巧的體積使得它可以輕松集成到各種小型設(shè)備中。

（二）標(biāo)記

模塊的頂部和底部都有明確的標(biāo)記，如模塊類型、檢驗(yàn)編號、序列號、2D代碼、村田標(biāo)志和引腳1標(biāo)記等。這些標(biāo)記方便了生產(chǎn)、測試和調(diào)試過程中的識別和管理。

（三）端子配置

Type 2FR的端子配置詳細(xì)，包括電源引腳、射頻引腳、通用輸入輸出引腳等。每個(gè)引腳都有明確的功能和連接說明，工程師可以根據(jù)需要進(jìn)行合理的連接和使用。

七、模塊引腳說明

（一）引腳描述

詳細(xì)的引腳描述是設(shè)計(jì)中不可或缺的部分。Type 2FR的每個(gè)引腳都有明確的名稱、連接到IC的方式、類型、供電域和功能描述。例如，RF_CNTL_0引腳是Wi-Fi RF前端控制線0，用于控制Wi-Fi射頻前端的工作狀態(tài)。

（二）引腳狀態(tài)

在電源關(guān)閉狀態(tài)（PDn = 0）下，不同引腳有不同的狀態(tài)。如RF_CNTL_0引腳驅(qū)動為低電平，RF_CNTL_1引腳驅(qū)動為高電平，GPIO0 ~ GPIO63引腳為三態(tài)。了解這些引腳狀態(tài)對于低功耗設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的穩(wěn)定性非常重要。

八、電氣特性

（一）絕對最大額定值

模塊的絕對最大額定值規(guī)定了其在極端條件下的工作范圍，如存儲溫度范圍為 - 40 °C至 + 125 °C，電源電壓VCC33最大為3.96 V等。在設(shè)計(jì)中，必須確保模塊的工作條件在這些額定值范圍內(nèi)，以避免損壞模塊。

（二）工作條件

Type 2FR的正常工作條件包括溫度范圍為 - 40 °C至 + 85 °C，電源電壓VCC33為3.14 V至3.46 V等。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)盡量使模塊工作在這些典型條件下，以保證其性能的穩(wěn)定性和可靠性。

（三）外部睡眠時(shí)鐘規(guī)格

外部睡眠時(shí)鐘對于模塊的低功耗模式非常重要。其時(shí)鐘頻率范圍為32.768 KHz，相位噪聲要求、周期抖動、壓擺率限制和占空比容差等都有明確的規(guī)定。在設(shè)計(jì)外部時(shí)鐘電路時(shí)，必須滿足這些規(guī)格要求。

（四）數(shù)字I/O要求

數(shù)字I/O引腳的工作電壓和輸入輸出特性也有明確的要求。例如，在1.8V操作時(shí)，I/O引腳的輸入高電壓VIH為0.7 VIO至VIO + 0.4 V，輸入低電壓VIL為 - 0.4 V至0.3 VIO等。了解這些要求對于正確連接外部設(shè)備和實(shí)現(xiàn)可靠的通信至關(guān)重要。

九、DC/RF特性

（一）Wi-Fi無線電規(guī)格

1. 接收性能

在2.4 GHz和5 GHz頻段，Type 2FR都有良好的接收性能。例如，在2.4 GHz頻段，802.11b 20 MHz 1 Mbps的接收靈敏度可達(dá) - 98.2 dBm，802.11ax 4x3.2 20 MHz MCS9 Nss1 BCC的接收靈敏度為 - 67.9 dBm。在5 GHz頻段，接收性能同樣出色，能夠滿足不同應(yīng)用的需求。

2. 發(fā)射性能

在發(fā)射性能方面，2.4 GHz和5 GHz頻段也有不同的數(shù)據(jù)表現(xiàn)。如在2.4 GHz頻段，802.11b 1 Mbps的最大線性輸出功率可達(dá)18 dBm，802.11ax MCS9的最大線性輸出功率為16 dBm。在5 GHz頻段，802.11a 6 Mbps的最大線性輸出功率為18 dBm。

（二）藍(lán)牙LE無線電規(guī)格

1. 接收性能

藍(lán)牙LE的接收性能也很優(yōu)秀，在不同的數(shù)據(jù)速率下都有較高的靈敏度。如藍(lán)牙LE 1 Mbps的接收靈敏度為 - 97.7 dBm，藍(lán)牙LR 125 Kbps的接收靈敏度為 - 106 dBm。

2. 發(fā)射性能

藍(lán)牙LE的發(fā)射性能包括中心頻率、信道間隔、最大輸出功率等參數(shù)。其最大輸出功率可達(dá)12 dBm，能夠滿足一定距離的藍(lán)牙通信需求。

（三）IEEE 802.15.4無線電規(guī)格

1. 接收性能

在IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)下，模塊的接收靈敏度可達(dá) - 104.7 dBm，最大輸入電平為3 dBm。

2. 發(fā)射性能

發(fā)射性能方面，最大發(fā)射功率為12 dBm，能夠滿足ZigBee等無線傳感網(wǎng)絡(luò)的通信需求。

十、封裝與包裝

（一）焊盤圖案

建議主機(jī)PCB的焊盤圖案與模塊的引腳焊盤圖案相同，以確保良好的電氣連接和機(jī)械穩(wěn)定性。

（二）參考電路

可以參考Type 2FR EVK原理圖和物料清單（BOM）來設(shè)計(jì)參考電路，這樣可以加快開發(fā)進(jìn)度，減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。

（三）卷帶包裝

模塊采用卷帶包裝，包括塑料帶尺寸、卷軸尺寸、卷帶圖、帶頭和帶尾帶以及包裝等方面都有詳細(xì)的規(guī)定。例如，包裝單元為1000個(gè)/卷，帶尾帶的覆蓋帶和基帶在無元件區(qū)域至少250 mm不粘連，覆蓋帶的撕裂強(qiáng)度至少為5 N等。這些規(guī)定確保了模塊在運(yùn)輸和存儲過程中的安全性和可靠性。

十一、使用注意事項(xiàng)

（一）處理?xiàng)l件

在處理和運(yùn)輸模塊時(shí)，要避免過度的應(yīng)力和機(jī)械沖擊，以免損壞模塊。如果模塊的端子有裂紋或損壞，其特性可能會發(fā)生變化，因此要小心處理。同時(shí)，不要用裸手觸摸模塊，以免影響焊接性能和產(chǎn)生靜電損壞。

（二）標(biāo)準(zhǔn)PCB設(shè)計(jì)

所有接地端子都應(yīng)連接到接地圖案，并且在輸入和輸出端子之間應(yīng)提供接地圖案。要參考標(biāo)準(zhǔn)焊盤尺寸的規(guī)格進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)椴煌膱D案繪制方法、接地方法、焊盤尺寸、非連接（NC）端子的焊盤形成方法以及PCB材料和厚度可能會影響模塊的性能。

（三）芯片貼裝注意事項(xiàng)

在將模塊貼裝到PCB上時(shí)，要確保貼片機(jī)的維護(hù)符合規(guī)格要求，避免因吸盤或定位爪的不均勻力而對模塊造成損壞。

（四）焊接條件

建議采用回流焊接，最高溫度設(shè)置在260 °C以內(nèi)，且回流次數(shù)不超過2次。使用松香型助焊劑或含氯量不超過0.2 wt %的弱活性助焊劑。如果需要其他焊接條件，應(yīng)事先與村田聯(lián)系。

（五）清潔

由于模塊對濕度敏感，不建議進(jìn)行清潔。如果進(jìn)行清潔，客戶要對清潔過程可能導(dǎo)致的任何問題或故障負(fù)責(zé)。

（六）操作環(huán)境條件

模塊設(shè)計(jì)用于正常環(huán)境條件下的電子產(chǎn)品，如環(huán)境溫度、濕度和壓力等。但如果在含有腐蝕性氣體、易燃易爆氣體、多塵、陽光直射、有水濺、潮濕或結(jié)冰的環(huán)境中使用，可能會損壞模塊，導(dǎo)致漏電和異常溫度等問題。在這種情況下，使用前應(yīng)與村田咨詢。

（七）使用前提條件

在使用村田的產(chǎn)品之前，要確保產(chǎn)品符合規(guī)格要求，并在規(guī)定的條件和環(huán)境下使用。產(chǎn)品不能用于對可靠性要求極高的應(yīng)用，如飛機(jī)設(shè)備、航天設(shè)備、海底設(shè)備、發(fā)電廠控制設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備等。如果違反這些規(guī)定，村田不承擔(dān)任何責(zé)任。同時(shí)，禁止對產(chǎn)品進(jìn)行分析、破解、逆向工程、改造、復(fù)制等操作。

十二、總結(jié)

Type 2FR主機(jī)無Wi-Fi 6 +藍(lán)牙LE 5.4 / 802.15.4三無線電模塊以其強(qiáng)大的功能、豐富的接口、出色的性能和完善的安全特性，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。作為電子工程師，在設(shè)計(jì)中選擇Type 2FR模塊可以大大簡化開發(fā)過程，提高產(chǎn)品的競爭力。但在使用過程中，一定要嚴(yán)格遵守相關(guān)的使用注意事項(xiàng)和前提條件，以確保產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。希望本文能為廣大電子工程師在使用Type 2FR模塊時(shí)提供一些有價(jià)值的參考。你在使用類似無線模塊的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。