環旭電子 | 【嵌入式 WiFi 模組】無縫接軌生活的每個角落

04/10/2023

【嵌入式 WiFi 模組】無縫接軌生活的每個角落

在當今世界，互聯網是所有技術進步的核心，無縫連接已經成為必需品，如何將WiFi模組整合到設備 中是實現無縫連接的最重大挑戰之一。因此，嵌入式WiFi模組變得越來越流行，因為它們提供了一個成本效益極高的解決方案。本文將介紹嵌入式 WiFi 模組的類型，例如：藍牙 WiFi 模組和組合模組，並重點介紹各自的優點和常見應用場景，討論嵌入式WiFi模組實現無縫連接的好處、挑戰以及整合模組的關鍵重點。

什麼是「嵌入式」WiFi 模組？

嵌入式WiFi模組是一種小型裝置，顧名思義，能夠嵌入在各種應用產品的系統中，發揮無線連接網路的能力。簡而言之，透過嵌入式WiFi模組的整合，你身邊或是手上的設備才能快速且順利連接網路。嵌入式WiFi模組通常尺寸特別小、低功耗和具備多種不同的無線協定，從而得以適用在不同的通訊設備。它們通常用於物聯網設備、智慧家用電器、醫療保健和工業自動化。

嵌入式WiFi 模組有哪些類型和應用？

單頻 WiFi 模組 - 此類別模組在 2.4Ghz 頻段上運行，是最常見的 WiFi 模組類型，已經廣泛應用於可穿戴設備、智慧家居設備、工業自動化系統等物聯網設備。

雙頻和三頻 WiFi 模組 - 此類別模組在 2.4Ghz 和 5GHz 頻段上運行，也可以擴展到 6~7GHz，與單頻模組相比，此類別模組性能更好，資料傳輸速度更快。雙頻/三頻模組主要用於影片直播、電競遊戲、高速資料傳輸等高性能應用。

組合式 WiFi 模組 - 又稱為無線組合模組，特點是將WiFi及多種不同的無線連接技術在同一模組上實現。由於組合式 WiFi 模組為高性能連接設備提供性價比極高的解決方案，所以在物聯網市場中特別受歡迎，以下是幾種市面上常見的組合類型：

藍牙 WiFi 模組 - WiFi 常見於較短距離的高速資料傳輸，而藍牙則應用在低功耗、低頻寬的連結。兩者的組合常見於智慧手機、筆記型電腦和其他行動裝置，用來連接耳機或智慧手錶等穿戴式設備。

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LoRa WiFi 模組 - 此類別模組是專門為物聯網設備之間的遠端通訊設計。LoRa 技術具備功耗低、可遠端連接的特點，可實現幾公里範圍內的無線連接，因此成為智慧城市、智慧農業和工業自動化等應用的理想選擇。常用於遠端監控系統、遠端醫療如患者監護儀、智慧農業和車聯網的資產跟蹤等應用。

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GNSS WiFi 模組 – 透過將 WiFi 技術與全球衛星導航系統 (GNSS) 相結合，可確定設備的位置、速度和方向。透過WiFi連接，則適用於線上即時地圖或下載地圖等資料密集型應用，此類別模組主要用於導航系統、追蹤裝置和地理定位服務，可提供準確的位置資訊。

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嵌入式WiFi 模組有哪些問題需要解決？

1. 連接範圍有限

目前最重要的挑戰之一，就是僅能連接有限的範圍。WiFi信號會受到各種因素的影響，如牆壁、障礙物和距離。因此，使用嵌入式WiFi模組的設備，只能被設計成在有限的範圍內運行，確保能與網路順利連接。

2. 連接訊號不穩定，易受干擾

來自其他無線設備的干擾也很常見，尤其是當兩項設備同時在相同頻率上運作。這種干擾可能導致資料丟失、延遲增加和網路性能下降。要能夠杜絕訊號干擾問題，設備中的嵌入式WiFi 模組應被設計在頻率範圍之間靈活運行。

3. 個人資安問題

不論是哪一種聯網設備，如果設計不正確，都必然伴隨著資安風險。這些設備可能容易受到駭客攻擊，這可能導致資料洩露和其他安全威脅。必須實施安全協議，如加密和認證，以確保設備的安全。

整合嵌入式WiFi 模組的關鍵要點

1. 天線如何設計

在模組中如何設計天線的正確位置是實現無縫連接的關鍵。天線的設計應基於範圍、干擾和功耗等因素。最重要的是必須優先考慮天線的尺寸、排佈以及天線的頻率範圍。設計良好的天線可以提高設備的範圍和性能，而設計不良的天線可能導致干擾和降低連線性。製造商應仔細選擇和測試天線，以確保最佳性能。

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2. 功耗及韌體管理

在將嵌入式WiFi模組整合到設備中時，有效的電源管理可以延長電池壽命並降低功耗，功耗的管理也是屬於韌體管理的重要環節。因此，製造商應定期提供韌體更新，持續確保資訊安全並提高性能。設備還應該被設計為支持空中（OTA）韌體更新，才能更加簡化更新過程。

3. 測試和驗證

產品在開發前期，製造商必須先使用模擬軟體協助設計開發，評估天線的特性和表現，並確認設計能通過合規的驗證測試。模擬出最接近產品實機的數據，能及早發現實體產品製造後所可能產生的問題，盡快調整設計，避免在量產後才發現產品效能問題，導致產品失敗。同時，在產品開發後期，也需要因應不同電信業者和法規的要求，動態調整必須的通訊協定開發和驗證。

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未來關鍵角色「嵌入式 WiFi 模組」

隨著無線技術的進步以及人們對物聯網設備日益增長的需求，消費者已經開始對於網路連線有更多的期待和想像，例如：WiFi 6、WiFi 7、5G、邊緣計算、人工智慧和機器學習等技術將推動該領域的創新。藉由多年累積的 WiFi 模組設計、製造和驗證能力，環旭電子具備全方位的客製化服務，確保模組可以整合在客戶的產品中。

同時結合系統級封裝 (SiP) 製程技術，將有助於設計及製造高度集成的小型 WiFi 模組，此類型的模組特別適合追求小尺寸的微小化產品。因此，在不犧牲性能或可靠性的情況下，環旭電子可生產出體積更小、性能更高的 WiFi 模組。隨著半導體技術開始主導全球通訊產品的核心，嵌入式 WiFi 模組預計將成為推動下一代智慧型設備的關鍵角色。