Progetto di una scheda per comunicazioni WiFi/BT in contesto industriale

This thesis documents the hardware development and optimization of a complex 6-layer printed circuit board (PCB), aimed at integrating advanced wireless connectivity (Wi-Fi and Bluetooth) within an embedded architecture based on the i.MX6 applications processor. The primary objective of the project is to overcome the stability and throughput limitations of previous configurations by implementing a latest-generation Murata wireless module operating in Dual-Band mode (2.4 GHz and 5 GHz). The discussion delves into the engineering challenges associated with High-Speed Digital Design (HSDD) and radio frequency (RF) layouts. Specifically, it analyzes routing strategies and impedance matching for critical communication interfaces, such as SDIO and USB buses, designed with 90 Ω differential pairs. Particular attention was dedicated to the RF section layout, rigorously calculating the geometries of the 50 Ω microstrip lines to ensure maximum power transfer and minimize reflection losses. To mitigate electromagnetic coupling and crosstalk within a geometrically constrained space, advanced Signal and Power Integrity (SI/PI) techniques were implemented, including the modeling of peripheral via fencing around the RF traces and the strategic stackup planning of ground and power planes. Finally, the paper examines the impact of fabrication processes on high-frequency signal degradation (skin effect), providing a technical justification for choosing an ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) surface finish over standard solutions like HASL for the surface-mount pads of the LGA module. The final outcome is an industrializable hardware design, optimized to ensure high electromagnetic immunity and full compliance with the strict geometric and functional constraints of the system.

Il presente lavoro di tesi documenta lo sviluppo e l'ottimizzazione hardware di una scheda elettronica complessa a 6 layer, finalizzata all'integrazione di connettività wireless avanzata (Wi-Fi e Bluetooth) all'interno di un'architettura embedded basata sul processore applicativo i.MX6. L'obiettivo principale del progetto risiede nel superamento dei limiti di stabilità e throughput delle precedenti configurazioni, implementando un modulo wireless Murata di ultima generazione operante in regime Dual-Band (2.4 GHz e 5 GHz). La trattazione approfondisce le problematiche ingegneristiche legate al layout di schede digitali ad alta velocità (High-Speed Digital Design) e a radiofrequenza (RF). Nello specifico, vengono analizzate le strategie di sbroglio e l'adattamento di impedenza per le interfacce critiche di comunicazione, quali i bus SDIO e USB, progettati con coppie differenziali a 90 Ohm. Particolare attenzione è stata dedicata alla progettazione della sezione RF, calcolando rigorosamente le geometrie delle linee microstrip a 50 Ohm per garantire il massimo trasferimento di potenza e minimizzare le perdite di riflessione. Al fine di mitigare i fenomeni di accoppiamento elettromagnetico e crosstalk in uno spazio geometricamente vincolato, sono state implementate tecniche avanzate di Signal e Power Integrity (SI/PI), tra cui la modellizzazione di schermature perimetrali di via (via fencing) attorno alle tracce a radiofrequenza e la corretta pianificazione dello stackup dei piani di massa e alimentazione. Infine, l'elaborato esamina l'impatto dei processi di fabbricazione sulla degradazione del segnale ad alta frequenza (Skin Effect), giustificando dal punto di vista tecnico la scelta della finitura superficiale ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) rispetto a soluzioni standard come l'HASL per i pad a montaggio superficiale del modulo. Il risultato finale è un design hardware industrializzabile, ottimizzato per garantire elevata immunità ai disturbi elettromagnetici e piena conformità ai severi vincoli geometrici e funzionali del sistema.