树莓派推出带wi-fi功能的新品Pico W

RP2040的亮点

树莓派推出的第一个芯片RP2040包括两个运行频率为 133 MHz 的 Arm Cortex M0+ 内核和 264 KB 片上 RAM。
该器件还通过专用 QSPI 总线支持高达 16 MB 的片外闪存。

树莓派 Pico。
图片由 树莓派供应

与同类产品比较，RP2040 的一个关键上风在于其可编程 I/O (PIO) 外设，可用于实现不同的数字通信协议以及不太常见的协议，例如 WS2812 LED 协议。
该公司还发布了树莓派Pico，这是一款利用 RP2040 MCU 构建的 4 美元微掌握器板。

一个明显的缺陷和两个潜在的办理方案

树莓派Pico 是 RP2040 的低本钱方案。
它将 RP2040 与 2 MB 闪存和支持 1.8-5.5 V 输入电压的电源芯片配对。
然而，这种低本钱板的紧张缺陷是它不供应无线连接。

虽然物联网运用同时利用有线和无线连接技能，但常日首选无线办理方案，由于它们简化了支配和配置。
为了向物联网设备添加无线连接，我们可以利用无线 SoC 或无线模块。

选项一：利用无线 SoC

虽然无线 SoC（例如德州仪器的 CC3100 Wi-Fi 网络处理器）可用于向物联网设备添加无线连接，但基于 SoC 的设计须要韶光、本钱和工程专业知识。

CC3100 的框图

在构建定制射频电路时，许多成分会影响电路性能，包括电路板布局和材料、天线类型、天线走线形状、走线长度、组件类型和组件供应商。
乃至电路板的螺丝和电池的放置也会造成未知的不利影响。
还须要一个匹配网络来确保旗子暗记在天线和 SoC 之间传播时不会衰减。

这些射频设计的繁芜性是履历丰富的射频工程师价格昂贵的缘故原由。
此外，RF 设计须要昂贵的实验室设备和工具。
考虑到所有这些障碍，自定义RF实现彷佛不是为树莓派Pico 等低本钱电路板添加无线连接的合理解决方案。

选项二：利用无线模块

另一种办理方案是利用无线模块。
不同的芯片制造商，例如Espressif Systems 和 Silicon Labs，已经发布了许多此类模块的选项。
利用无线模块，大部分设计已经完成。

PCB 已针对 RF 性能进行了全面表征和优化。
天线布局、屏蔽、定时元件（晶体）以及监管审批和标准认证均由模块制造商完成。
这显著简化了项目的设计过程。

树莓派Pico W 内置无线连接

只管无线模块使工程师和制造商可以利用无线连接，但它们仍旧须要额外的电路板。
为理解决这个问题，树莓派最近推出了新版本的 Pico 板，包括了英飞凌的 CYW43439 无线 SoC。

树莓派Pico W无线产品

新板树莓派Pico W 售价为 6 美元。
无线电封装在金属屏蔽层中，以降落客户终极的合规本钱。
CYW43439 包括 IEEE 802.11 b/g/n MAC、基带和无线电电路。
该无线 SoC 还集成了一个功率放大器 (PA)，可知足大多数手持系统的输出功率哀求，以及一个用于提高吸收器灵敏度的低噪声放大器 (LNA)。

除上述 Wi-Fi 标准外，CYW43439 还支持经典蓝牙和低功耗蓝牙。
虽然 Pico W 板上当前未激活蓝牙连接，但树莓派可能会在未来版本中包含此功能。

其他 RP2040 板也可以连接

自 2021 年 1 月发布 RP2040 以来，不同供应商已生产了大量第三方 RP2040 板。
这些第三方板中的每一个都试图对原始的树莓派Pico 板进行改进。
在这些板中，还有一些带有内置无线连接的办理方案。
一个例子是 Arduino 的 Nano RP2040 Connect，功能框图如下。

Nano RP2040 Connect 的框图。
图片由 Arduino 供应

Nano RP2040 Connect 利用 u-blox Nina W102 模块供应 Wi-Fi 和蓝牙连接。
u-blox 的无线模块支持 IEEE 802.11 b/g/n 和蓝牙 4.2 标准。
该模块还包括一个集成平面倒 F 形天线 (PIFA)。

Nano RP2040 Connect 具有一些附加组件，例如 6 轴 IMU 和全向数字麦克风。
该板的价格约为 30 美元，比 Pico W 板贵得多。

Wi-Fi 的优缺陷

物联网运用中有几种不同的无线协议，例如 Wi-Fi、蓝牙 LE、Zigbee 和 Z-Wave。
在评估物联网运用的无线办理方案时，“一个尺码并不适宜所有人”。
但是 Wi-Fi 的优缺陷是什么——尤其是对付 Pico W 板和互联网上的其他一些 RP2040 项目？

Wi-Fi 有一个突出的特点：它本身是基于 IP 的。
这是由于，从第一天开始，Wi-Fi 便是为互联网连接而创建的，作为有线以太网标准的无线替代品。
考虑到这一点，当我们希望物联网设备本地连接到互联网时，Wi-Fi 是最佳选择。

利用蓝牙和 Zigbee 等协议的设备无法直接连接到互联网进行云或远程访问。
在这些情形下，须要集线器或网关设备将信息从蓝牙/Zigbee/Z-Wave 格式转换为 Wi-Fi，然后再通过 Wi-Fi 路由器通过互联网发送数据。
这个额外的网关增加了系统本钱和繁芜性。

然而，在物联网运用中，传统 Wi-Fi 存在两大局限：无法同时高效支持大量设备，且功耗较高。
最近对 Wi-Fi 的升级称为 Wi-Fi 6 或 802.11ax，旨在促进物联网运用。
Wi-Fi 6 支持拥挤的物联网网络，同时花费更少的电量。