這是我在2012年2月為客戶編寫的高性能無線AP設(shè)計(jì)方案，計(jì)劃是安裝在民航飛機(jī)上提供機(jī)艙內(nèi)的WiFi接入。本方案是基于AMCC（已于2016年被Macom收購）的APM82181網(wǎng)絡(luò)處理器的高性能工業(yè)級(jí)無線接入點(diǎn)，具有常規(guī)無線AP的基本功能，可穩(wěn)定工作于-40~85℃，具有較高的EMC指標(biāo)，可穩(wěn)定工作于各種苛刻的環(huán)境。
硬件設(shè)計(jì)框圖
CPU選用AMCC公司的高性能Power 464FP內(nèi)核網(wǎng)絡(luò)處理器APM82181，該芯片的工作主頻最高為1GHz。通過APM82181自身的RGMII接口可以掛接千兆以太網(wǎng)交換機(jī)芯片，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)千兆以太網(wǎng)口。APM82181只有一個(gè)PCI-e接口，但是客戶要求本產(chǎn)品需同時(shí)支持2.4GHz，5GHz頻段，所以通過一個(gè)PCI-e Switch進(jìn)行擴(kuò)展，可以同時(shí)掛接兩個(gè)IEEE 802.11n WiFi單元。
CPU的主要特征
根據(jù)調(diào)研及供應(yīng)商的建議，并綜合考慮各種因素，本方案采用AMCC的APM82181作為CPU，其基本特征如下：
- Power 464FP內(nèi)核，主頻可達(dá)1GHz
- 支持16/32bit DDR/DDR2內(nèi)存
- 具有1個(gè)PCI-e接口
- 具有1個(gè)千兆以太網(wǎng)MAC
- 具有1個(gè)RGMII接口
- 具有2個(gè)UART接口
- 具有2個(gè)SATA 2.0接口
- 具有1個(gè)USB OTG接口
- 支持NAND Flash
- 具有SPI接口
- 可在-40~105℃溫度范圍內(nèi)正常工作
APM82181的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖下圖所示。
以太網(wǎng)交換機(jī)
根據(jù)已有產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，以太網(wǎng)交換機(jī)芯片選用專業(yè)千兆以太網(wǎng)芯片公司Vitesse的VSC7395芯片，其基本特征如下：
- 具有5+1個(gè)千兆以太網(wǎng)接口
- 符合IEEE 802.3 （10 Base-T，100 Base-T，1000 Base-T）標(biāo)準(zhǔn)
- 具有RGMII/GMII接口
- 支持各種速率下的Jumbo Frame
- 支持VLAN
- 可在-40~100℃溫度范圍內(nèi)正常工作
可見，VSC7395可以很好的滿足本產(chǎn)品的要求。
WiFi芯片
考慮到本產(chǎn)品的高端要求，本方案采用Atheros公司的AR9390芯片作為本產(chǎn)品的WiFi MAC，基帶與射頻模塊。AR9390是WiFi行業(yè)為數(shù)不多的工業(yè)級(jí)高性能MAC/BB/Radio芯片，它具有Mini PCI-e接口，可以與PCI-e Switch進(jìn)行通信，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。
AR9390的基本特征如下：
- 支持IEEE 802.11 a/b/g/n
- 具有3×3 MIMO射頻鏈路架構(gòu)，大大提高了吞吐量
- 物理層最高速率可達(dá)到450Mbps
- 具有PCI-e接口
- 支持20MHz與40MHz信道帶寬
- 動(dòng)態(tài)發(fā)射功率控制回路，可以大大提高射頻穩(wěn)定性
- 可在-40~115℃溫度范圍內(nèi)正常工作
射頻電路設(shè)計(jì)
綜合考慮各種因素及客戶的實(shí)際需求，本方案對(duì)射頻電路進(jìn)行常規(guī)功率設(shè)計(jì)，即射頻的技術(shù)指標(biāo)滿足常規(guī)無線AP，無線路由器的技術(shù)指標(biāo)，同時(shí)，可以在40~85℃溫度范圍內(nèi)正常工作，在此不對(duì)射頻電路設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)進(jìn)行討論。
PCI-e Switch
根據(jù)已有產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗(yàn)及供應(yīng)商的推薦，本方案選用IDT公司的89HPES3T3作為PCI-e Switch芯片，用于PCI-e接口的擴(kuò)展。89HPES3T3常用于高速PCI-e接口擴(kuò)展，其基本特征如下：
- 3個(gè)2.5Gbps PCI-e通道
- 1個(gè)上行接口
- 2個(gè)下行接口
- 可在40~85℃溫度范圍內(nèi)正常工作
89HPES3T3的典型應(yīng)用硬件規(guī)格
| 主芯片 | AMCC APM82181，主頻1GHz |
| 內(nèi)存 | 128MB DDR2 |
| Flash | 128MB NAND Flash |
| 以太網(wǎng) | Vitesse VSC7395
通過RGMII接口與CPU連接 |
| 無線網(wǎng)絡(luò) | MAC/BB/Radio：Atheros AR9390*2
PA/LNA/Switch：SE2595
On-board設(shè)計(jì)以提高牢固性，降低故障率
通過PCI-e總線與PCI-e Switch連接 |
| 以太網(wǎng)口 | 1×LAN：10/100/1000Mbps自適應(yīng)
1×WAN：10/100/1000Mbps自適應(yīng) |
| 無線網(wǎng)絡(luò)接口 | 同時(shí)支持IEEE 802.11 a/b/g/n
同時(shí)支持2.4GHz，5GHz雙頻段
支持3×3 MIMO
20MHz信道帶寬下，最高速率為216.7Mbps
40MHz信道帶寬，最高速率為450Mbps
發(fā)射功率：20dBm
靈敏度：-92dBm |
| 調(diào)試接口 | 預(yù)留1個(gè)RS232接口（DB9） |
| 天線 | 具有3只MMCX天線接口 |
| 硬件看門狗 | 支持 |
| 按鍵 | 預(yù)留一個(gè)硬復(fù)位按鍵
具有一個(gè)恢復(fù)出廠設(shè)置按鍵 |
| 指示燈 | 1個(gè)電源指示燈（常亮表示供電正常，熄滅表示沒有供電）
1個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)指示燈（常亮表示系統(tǒng)正常，閃爍表示系統(tǒng)正在啟動(dòng)）
2個(gè)網(wǎng)口狀態(tài)指示燈（常亮表示已連接，閃爍表示正在傳輸數(shù)據(jù)）
1個(gè)無線狀態(tài)指示燈（常亮表示已連接，閃爍表示正在傳輸數(shù)據(jù)） |
| 供電方式 | 采用插件方式內(nèi)部供電 |
| 功率消耗 | TBD |
| 工作溫度范圍 | -40℃~+85℃ |
| 環(huán)保標(biāo)準(zhǔn) | 符合RoHS環(huán)保標(biāo)準(zhǔn) |
| 物理尺寸 | TBD |
| 重量 | TBD |
EMC設(shè)計(jì)考慮
方案暫定通過以下幾種方式提高產(chǎn)品的EMC指標(biāo)：
- 做好各種防靜電措施
- 原理圖設(shè)計(jì)上充分借鑒已有項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)及客戶的建議
- PCB設(shè)計(jì)初期通過PCB SI進(jìn)行仿真，保證信號(hào)完整性
- PCB采用GND+Signal+GND+Power+Signal+GND的疊構(gòu)方式
- 所有重要信號(hào)線均走在第二層與第五層
- 將所有射頻信號(hào)限定在板子的一個(gè)固定區(qū)域，將射頻信號(hào)走在表層，并將所有射頻信號(hào)用較厚的屏蔽罩圍起來
