Renesas RRQ61051模块：物联网应用的理想之选

在物联网（IoT）蓬勃发展的今天，高性能、低功耗的无线模块成为了众多开发者的追求。Renesas的RRQ61051模块，正是这样一款集Wi-Fi 6和蓝牙低功耗（Bluetooth LE）于一体的解决方案，为物联网应用提供了强大的支持。

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模块概述

RRQ61051模块为物联网应用提供了高度集成的解决方案，集成了IEEE 802.11 a/b/g/n/ac/ax和蓝牙V5.1。它旨在满足对功耗要求极低且需要可靠运行的电池供电设备的需求。该模块共有五个变体，根据RF接口、频段和支持的Wi-Fi无线标准有所不同，具体如下：	型号	描述	MCU产品编号	MCU标识
RRQ61051 - 008	Wi-Fi/Bluetooth LE组合模块，Wi-Fi 6双频段2.4/5 GHz 802.11 a/b/g/n/ac/ax，Bluetooth LE 5.1，8 MB闪存，PCB走线天线	R 7S A6W1C EDZDD（Wi-Fi）DA14531 - 00000FX2（Bluetooth LE）	RA6W1C
RRQ61051 - 009	Wi-Fi/Bluetooth LE组合模块，Wi-Fi 6双频段2.4/5 GHz 802.11a/b/g/n/ac/ax，BLE 5.1，8 MB闪存，外部天线连接器，u.FL用于安装50Ω天线	R 7S A6W1C EDZDD（Wi-Fi）DA14531 - 00000FX2（Bluetooth LE）	RA6W1C
RRQ61051 - 010	Wi-Fi/Bluetooth LE组合模块，Wi-Fi 6双频段2.4/5 GHz 802.11 a/b/g/n/ac/ax，Bluetooth LE 5.1，8 MB闪存，RF天线引脚	R 7S A6W1C EDZDD（Wi-Fi）DA14531 - 00000FX2（Bluetooth LE）	RA6W1C
RRQ61051 - 408	Wi-Fi/Bluetooth LE组合模块，Wi-Fi 6单频段2.4 GHz，802.11b/g/n/ax，Bluetooth LE 5.1，8 MB闪存，PCB走线天线	R 7S A6W1B EDZDD（Wi-Fi）DA14531 - 00000FX2（Bluetooth LE）	RA6W1B
RRQ61051 - 208	Wi-Fi/Bluetooth LE组合模块，Wi-Fi 4单频段2.4 GHz，802.11b/g/n，Bluetooth LE 5.1，8MB闪存，PCB走线天线	R 7S A6W1A EDZDD（Wi-Fi）DA14531 - 00000FX2（Bluetooth LE）	RA6W1A

系统特性

1. 低功耗设计

RRQ61051模块采用了RA6W1 MCU，它融合了突破性的超低功耗技术，能够在模块中实现极低的功耗运行。RA6W1 MCU和DA14531会关闭芯片中未使用的每个微元件，使得在不主动传输或接收数据时，功耗接近零。这种低功耗运行模式可以根据应用情况将电池寿命延长至一年或更久。此外，当MCU需要唤醒以与其他设备交换信息时，模块还支持超低功耗的传输和接收模式，先进的算法能够使模块进入睡眠模式，直到需要唤醒以传输或接收数据的精确时刻。

2. 丰富的接口

• GPIO和可编程引脚分配：默认情况下，Wi-Fi和蓝牙LE子系统的所有数字I/O引脚都被定义为GPIO，分别有26个和12个可配置的I/O。这些引脚可以通过软件配置映射到任何支持的数字外设。对于Wi-Fi子系统，像OQSPI、QSPI、SDIO和eMMC等高性能接口有固定的映射，而其他接口可以通过可编程引脚分配（PPA）块映射到任何引脚。
• 其他接口：还提供了eMMC/SD扩展内存、SDIO主机/从机功能、OQSPI（带加密XIP用于外部代码/数据闪存）、QSPI（用于额外的PSRAM存储）、UART × 3、SPI主/从接口、I2C主/从接口、I2S（用于数字音频流）、PDM/数字麦克风（用于数字音频流）、通用PWM定时器32位 × 8、复用GPIO × 28以及ADC（12位SAR）用于传感器接口 × 4等接口。

3. 先进的安全和加密

模块具备安全加密引擎，支持对称算法（如AES、DES/3DES、CHACHA）、哈希/HMAC（如SHA1/224/256）、非对称算法（如RSA、DH、ECC）以及TRNG。还支持安全启动、安全调试（SWD）、安全资产存储、设备生命周期管理以及TLS/DTLS协议加速，为数据安全提供了有力保障。

4. 内存配置

模块拥有704 kB的SRAM、64 kB的保留内存、256 kB的ROM、2 kB的OTP以及64-Mbit的闪存，能够满足不同应用场景的存储需求。

5. 电源管理

• 电源管理单元：集成了片上RTC，支持快速启动或全启动的唤醒控制，初始化时间极短。还集成了DC-DC和LDO，支持超低功耗睡眠模式。
• 供电要求：单一工作电压为1.8 V至3.6 V（典型值为3.3 V），数字I/O供电电压为1.8 V/3.3 V，并且具备停电和欠压检测器。

电气规格

1. 绝对最大额定值

参数	描述	条件	最小值	最大值	单位
VBAT	Wi-Fi子系统引脚19的电池供电电压		-0.2	3.7	V
VDD_DIO1	Wi-Fi子系统引脚13的数字I/O电源		-0.2	3.7	V
VDD_DIO2	Wi-Fi子系统引脚28的数字I/O电源		-0.2	3.7	V
VBAT_BLE	蓝牙LE子系统引脚1的电池供电电压		-0.1	3.6	V

2. 推荐工作条件

参数	描述	条件	最小值	典型值	最大值	单位
VBAT	Wi-Fi子系统引脚19的电池供电电压		1.9	3.3	3.6	V
VDD_DIO1	Wi-Fi子系统引脚13的数字I/O电源		1.62		3.6	V
VDD_DIO2	Wi-Fi子系统引脚28的数字I/O电源		1.62		3.6	V
VBAT_BLE	蓝牙LE子系统引脚1的电池供电电压		1.8		3.6	V
TA	工作温度范围		-40		+85	°C

3. 晶体振荡器

• XTAL32kHz振荡器：外部时钟频率范围为10 - 100 kHz，晶体频率公差（包括老化）为 -250 - 250 ppm，等效串联电阻为100 kΩ，负载电容为10 pF，并联电容为15 pF。需要注意的是，32.768 kHz晶体是可选的，需要连接在模块外部，并且由于内部没有可调电容，振荡频率必须使用外部电容进行调整。
• XTAL40MHz：晶体振荡频率为40.000 MHz，晶体频率公差（包括老化和温度漂移）为 -20 - +20 ppm。

4. Wi-Fi子系统特性

• 接收器特性：在2.4 GHz频段，不同速率下的灵敏度不同，如802.11b 1 Mbps DSSS的灵敏度为 -94.5 dBm；在5 GHz频段，802.11a 6 Mbps OFDM的灵敏度为 -86.5 dBm等。
• 发射器特性：在2.4 GHz频段，不同速率下的最大输出功率也有所不同，如802.11b 1 Mbps DSSS的最大输出功率为15.5 dBm（EVM和SEM合规）；在5 GHz频段，802.11a 6 Mbps OFDM的最大输出功率为14.5 dBm（EVM和SEM合规）。
• 电流消耗：在不同的工作模式和频率下，电流消耗不同。例如，在2.4 GHz频段，1 Mbps DSSS TX Per SEM（16.5 dBm）时的典型电流消耗为370 mA。

5. 蓝牙LE子系统特性

• 直流特性：不同工作状态下的电池供电电流不同，如CPU运行CoreMark从RAM以16 MHz运行时的电池供电电流典型值为0.385 mA。
• 射频特性：蓝牙1 Mb/s的灵敏度水平在不同条件下有所不同，如干净发射器禁用且PER = 30.8%时的灵敏度为 -92 dBm。

6. ESD评级

该模块通过了人体模型（HBM）± 2,000 V和充电设备模式（CDM）± 500 V的ESD测试。

应用信息

1. 硬件配置

RRQ61051模块有三种硬件配置（用例）：

• 独立用例：RRQ61051独立运行，无需与外部MCU通信。
• 外部MCU监督用例：RRQ61051通过Wi-Fi数字接口（如UART、SPI或SDIO）与外部MCU通信，而蓝牙LE仅与RA6W1通信。
• Linux托管用例：RRQ61051连接到运行Linux OS的MPU，Wi-Fi子系统通过SDIO或SPI接口与MPU通信，蓝牙LE子系统通过4线UART（带流控制）下载软件并与MPU通信。

2. 电源供应

RRQ61051有四个电源引脚，分别为VBAT_BLE、VBAT、VDDIO_DIO1和VDDIO_DIO2。VBAT_BLE为蓝牙LE子系统供电，VBAT为两个DCDC转换器供电，VDDIO_DIO1和VDDIO_DIO2分别为不同的引脚组供电。内部会生成1.8 V的VDDIO_FDIO电压轨，用于为闪存供电。

3. XTAL 32 kHz

为了支持超低功耗操作（如DPM和TWT），需要将外部32 kHz XTAL连接到RRQ61051模块的P0_02和P0_03引脚。推荐的晶体规格为频率32.768 kHz，频率公差 ±20 ppm，等效串联电阻100 kΩ，负载电容10 pF，并且需要两个15 pF的并联电容接地以确保晶体正常工作。此外，也可以将外部时钟连接到模块，此时需要将CLK_XTAL32K_REG寄存器设置为0x18以禁用内部XTAL电路，P0_03可以用作GPIO。

4. GPIOs和可编程引脚分配

RRQ61051为Wi-Fi子系统提供26个GPIOs，为蓝牙LE子系统提供12个GPIOs。这些GPIOs的功能可以通过可编程引脚分配（PPA）进行配置，具有方向（输入/输出）、推挽/开漏、上拉/下拉、可选的25 kΩ上拉/下拉电阻、驱动强度（2 mA、4 mA、8 mA、14 mA）、压摆率（快速/慢速）、输入选择（CMOS/施密特触发器）等可配置特性，并且在系统进入低功耗睡眠4和5模式时可以保持引脚状态。

5. 调试接口

可以使用UART或SWD接口对Wi-Fi和蓝牙LE进行调试。对于Wi-Fi部分，复位引脚为RST_n（引脚37，低电平有效），SWD接口为SWCLK（引脚36）和SWDIO（引脚35），UART接口为P0_00（引脚7）和P0_01（引脚10）；对于蓝牙LE子系统，复位引脚为B_P0_00（引脚4，高电平有效），SWD接口为B_P0_2（引脚6）和B_P0_10（引脚3），UART接口为B_P0_01（引脚5）和B_P0_00（引脚4）。同时，RRQ61051模块的SWDIO和SWCLK线路需要在载板上分配被动组件，并且组件应尽可能靠近模块的焊盘放置。

6. RF考虑

• RRQ61051 - 010模块提供RF引脚（引脚45，RF_port），从RF_port到RF连接器或天线的连接必须通过100pF电容进行。
• 对于RRQ61051 - 009、RRQ61051 - 008、RRQ61051 - 208、RRQ61051 - 408，没有RF引脚。
• RFSW1和RFSW2必须通过P0_06和P0_07分别在外部（主机PCB）进行控制。
• 对于RRQ61051 - 009，连接外部设备时必须应用直流阻断，连接外部衰减器时，模块和衰减器之间也必须应用直流阻断。
• 对于RRQ61051 - x08（带印刷天线的模块版本），模块必须按照设计指南放置在主机PCB上。

设计指南

1. RRQ61051 - 008

• 安装位置：为了获得最佳性能，应将模块安装在主机PCB的边缘，天线边缘朝外。模块可以位于主机PCB的外角或中间，性能相当。天线周围应保留4.0 mm的自由空间，避免在PCB走线天线附近放置铜或层压板，因为这会严重影响天线的性能。
• 在金属接地平面上的放置：如果在接地平面上开一个与天线保持区域大小相同的切口，将RRQ61051 - x08放置在接地平面上方或下方对天线谐振的影响可以忽略不计。

2. RRQ61051 - 009

• 安装位置：由于该模块具有u.FL连接器，因此对天线性能的放置没有限制。
• 布局考虑：确保模块正确接地，无需特殊的布局考虑。

3. RRQ61051 - 010

• 安装位置：模块必须靠近PCB边缘放置，以最小化RF焊盘到外部SMA连接器的距离。
• 布局考虑：应设计一条50 - Ω的RF走线从模块的RF焊盘到SMA连接器，使用带接地的共面波导（CPW - G）结构将RF信号从RF焊盘路由到SMA连接器和外部天线。CPW - G结构提供了最大的隔离和最佳的RF线路屏蔽，除了L1层的接地外，沿线放置GND过孔还可以提供额外的屏蔽。

天线性能

1. VSWR测量

RRQ61051 - 008印刷天线在不同安装位置（左、中、右）的VSWR测量结果不同。通过测量结果可以了解天线在不同位置的匹配情况，为实际应用中的安装位置选择提供参考。

2. 天线效率

天线效率是指在50Ω天线接口处传输的功率与天线辐射的功率之比。在不同的频率和安装位置下，天线效率有所不同。例如，在2402 MHz时，模块在左位置的天线效率为69.18%（-1.6 dB），在中位置为44.67%（-3.5 dB），在右位置为63.10%（-2.0 dB）。

3. 辐射模式

天线辐射模式的测量在消声室中进行，分别给出了2.4 GHz和5 GHz频段在XY - 、XZ - 、YZ - 平面上的2D辐射模式，有助于了解天线在不同方向上的辐射特性。

机械规格和包装信息

1. 机械规格

模块的尺寸可以从Renesas网站获取，模块的屏蔽标记包括品牌名称（Renesas）、型号名称、QR码、日期代码以及认证标记（如CE、UKCA、FCC、IC、ANATEL和SRRC等）。

2. 包装信息

模块采用带盘包装，每个盘上有标签，显示批次号、日期代码、盘日期和编号、数量（QTY 500）和零件编号等信息。