【经验】具有两个RF端口的WF200 WIFI芯片时钟、电源及RF等部分硬件设置要点

时间： 2019-03-23 来源：Silicon Labs

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WF200是SILICON LABS推出的一款嵌入式WIFI MCU，非常适合消费级及工业级应用。本文的目的是帮助用户使用WF200设计WiFi应用。主要包括原理图设计指南，BOM选型指南，RF匹配指南，PCB布线指南及封装信息。WF200 采用4 X 4mm 32引脚的QFN封装，其引脚顶视图如图1所示。WF200具有两个RF端口，即RF_1和RF_2。这两个端口是完全一样的。根据这个特点，可以简化应用布局。RF部分可以有以下几种配置：

图1 WF200 顶视图

1，单天线：这种情况下可以使用任何一个RF射频引脚。

2，不需要外部修正的天线分集：在这种情况下，RF_1和RF_2端口都连接到各自的天线，通过配置WF200选择器提供最佳预算链路，以优化性能、范围和吞吐量。

3，使用外部前端模块(FEM)：在这种情况下，一个RF端口用于Tx，另一个RF端口用于Rx。

WF200具有主机接口，允许其他MCU或SoC使用SPI或SDIO控制WF200。SPI和SDIO的选择是根据SDIO_DAT2/HIF_SEL 引脚上的逻辑状态来完成的。如果该信号高，则主机接口配置为SDIO，否则将其配置为SPI。

WF200需要一个38.4 MHz的时钟。这个基准时钟可以由其晶体振荡器产生，也可由外部设备提供。在使用外部晶体振荡器时，需要接到XTAL_I和XTAL_O引脚上。此外，WF200内部XTAL_I和XTAL_O引脚上嵌入了可调的负载电容，所以无需外部电容。这些电容可以通过调节，以适应振荡器频率。图2为晶振和电容信息表。如果使用外部时钟，则需要接到XTAL_I引脚上，XTAL_O可以悬空或接到地。

图2 晶振及负载电容信息表

WF200具有四个电源脚，分别用于功放(VDD_PA)、射频部分(VDD_RF)、数字核心电源(VDD_DIG)和引脚电源(VDD_IO)。各部分的电源需求如图3所示。在电源设计上，可以根据BOM需求，最大Tx功率需求，主机I/O电压需求，功耗需求等多种因素去选择使用1~4个电源。在电源配置方面，还是有一些需要注意的细节。比如如果需要较高的Tx功率，就需要将VDD_PA的电压设置到3.3V。VDD_PA的电源电压还不应该比VDD_RF低。如果还有低功耗的需求，让电流消耗最小化，应该尽可能减少上拉电阻的数量。

图3 WF200电源需求详情

每个电源引脚应该有专用的旁路电容器，以实现电源解耦。为了确保最佳的性能，VDD_RF和VDD_PA的滤波尤为重要，如果该部分电源与其他电源共用，可以使用一系列的磁珠或电感进行隔离滤波。这里推荐了各部分电源电容匹配值，如表1所示。

表1 各部分电源值推荐

WF200 2.4GHz前端具有两个标准的单端Tx和Rx引脚，Tx和Rx部分在内部绑定到一起，所以两个RF端口都可以访问到芯片内部。在RF匹配时，首先要做的就是确定PA部分的最佳阻抗。如果在天线端口已经使用了50Ω阻抗，则PA部分需要遵从该部分设计。通过Load-pull法，对阻抗设计经验确定。RF_1和RF_2端口相同，因此最佳的负载阻抗也相同。所以在两个端口上需要使用相同的匹配网络。

图4 WF200 Load-Pull曲线

两个RF端口的推荐匹配网络如图5所示。在在Wi-Fi频段内，考虑天线阻抗为50Ω的情况下，建议采用PI型网络。该电路为WF200部件提供了最佳阻抗负载，同时保证了足够的谐波抑制。

图5 WF200 RF天线匹配电路及推荐型号

WF200参考原理图如图6所示。四层板叠层推荐及RF布局参考图如图7所示。

图6 WF200参考原理图

图7 WF200四层板推荐叠层及RF Layout推荐图

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