这是我在2012年2月为客户编写的高性能无线AP设计方案，计划是安装在民航飞机上提供机舱内的WiFi接入。本方案是基于AMCC（已于2016年被Macom收购）的APM82181网络处理器的高性能工业级无线接入点，具有常规无线AP的基本功能，可稳定工作于-40~85℃，具有较高的EMC指标，可稳定工作于各种苛刻的环境。
硬件设计框图
CPU选用AMCC公司的高性能Power 464FP内核网络处理器APM82181，该芯片的工作主频最高为1GHz。通过APM82181自身的RGMII接口可以挂接千兆以太网交换机芯片，实现两个千兆以太网口。APM82181只有一个PCI-e接口，但是客户要求本产品需同时支持2.4GHz，5GHz频段，所以通过一个PCI-e Switch进行扩展，可以同时挂接两个IEEE 802.11n WiFi单元。
CPU的主要特征
根据调研及供应商的建议，并综合考虑各种因素，本方案采用AMCC的APM82181作为CPU，其基本特征如下：
- Power 464FP内核，主频可达1GHz
- 支持16/32bit DDR/DDR2内存
- 具有1个PCI-e接口
- 具有1个千兆以太网MAC
- 具有1个RGMII接口
- 具有2个UART接口
- 具有2个SATA 2.0接口
- 具有1个USB OTG接口
- 支持NAND Flash
- 具有SPI接口
- 可在-40~105℃温度范围内正常工作
APM82181的内部结构框图下图所示。
以太网交换机
根据已有产品开发经验，以太网交换机芯片选用专业千兆以太网芯片公司Vitesse的VSC7395芯片，其基本特征如下：
- 具有5+1个千兆以太网接口
- 符合IEEE 802.3 （10 Base-T，100 Base-T，1000 Base-T）标准
- 具有RGMII/GMII接口
- 支持各种速率下的Jumbo Frame
- 支持VLAN
- 可在-40~100℃温度范围内正常工作
可见，VSC7395可以很好的满足本产品的要求。
WiFi芯片
考虑到本产品的高端要求，本方案采用Atheros公司的AR9390芯片作为本产品的WiFi MAC，基带与射频模块。AR9390是WiFi行业为数不多的工业级高性能MAC/BB/Radio芯片，它具有Mini PCI-e接口，可以与PCI-e Switch进行通信，其内部结构框图如下图所示。
AR9390的基本特征如下：
- 支持IEEE 802.11 a/b/g/n
- 具有3×3 MIMO射频链路架构，大大提高了吞吐量
- 物理层最高速率可达到450Mbps
- 具有PCI-e接口
- 支持20MHz与40MHz信道带宽
- 动态发射功率控制回路，可以大大提高射频稳定性
- 可在-40~115℃温度范围内正常工作
射频电路设计
综合考虑各种因素及客户的实际需求，本方案对射频电路进行常规功率设计，即射频的技术指标满足常规无线AP，无线路由器的技术指标，同时，可以在40~85℃温度范围内正常工作，在此不对射频电路设计的细节进行讨论。
PCI-e Switch
根据已有产品开发经验及供应商的推荐，本方案选用IDT公司的89HPES3T3作为PCI-e Switch芯片，用于PCI-e接口的扩展。89HPES3T3常用于高速PCI-e接口扩展，其基本特征如下：
- 3个2.5Gbps PCI-e通道
- 1个上行接口
- 2个下行接口
- 可在40~85℃温度范围内正常工作
硬件规格
| 主芯片 | AMCC APM82181，主频1GHz |
| 内存 | 128MB DDR2 |
| Flash | 128MB NAND Flash |
| 以太网 | Vitesse VSC7395 通过RGMII接口与CPU连接 |
| 无线网络 | MAC/BB/Radio：Atheros AR9390*2 PA/LNA/Switch：SE2595 On-board设计以提高牢固性，降低故障率 通过PCI-e总线与PCI-e Switch连接 |
| 以太网口 | 1×LAN：10/100/1000Mbps自适应 1×WAN：10/100/1000Mbps自适应 |
| 无线网络接口 | 同时支持IEEE 802.11 a/b/g/n 同时支持2.4GHz，5GHz双频段 支持3×3 MIMO 20MHz信道带宽下，最高速率为216.7Mbps 40MHz信道带宽，最高速率为450Mbps 发射功率：20dBm 灵敏度：-92dBm |
| 调试接口 | 预留1个RS232接口（DB9） |
| 天线 | 具有3只MMCX天线接口 |
| 硬件看门狗 | 支持 |
| 按键 | 预留一个硬复位按键 具有一个恢复出厂设置按键 |
| 指示灯 | 1个电源指示灯（常亮表示供电正常，熄灭表示没有供电） 1个系统状态指示灯（常亮表示系统正常，闪烁表示系统正在启动） 2个网口状态指示灯（常亮表示已连接，闪烁表示正在传输数据） 1个无线状态指示灯（常亮表示已连接，闪烁表示正在传输数据） |
| 供电方式 | 采用插件方式内部供电 |
| 功率消耗 | TBD |
| 工作温度范围 | -40℃~+85℃ |
| 环保标准 | 符合RoHS环保标准 |
| 物理尺寸 | TBD |
| 重量 | TBD |
EMC设计考虑
方案暂定通过以下几种方式提高产品的EMC指标：
- 做好各种防静电措施
- 原理图设计上充分借鉴已有项目经验及客户的建议
- PCB设计初期通过PCB SI进行仿真，保证信号完整性
- PCB采用GND+Signal+GND+Power+Signal+GND的叠构方式
- 所有重要信号线均走在第二层与第五层
- 将所有射频信号限定在板子的一个固定区域，将射频信号走在表层，并将所有射频信号用较厚的屏蔽罩围起来