現在我們的日常生活中碰到的WIFI主要分為兩種，一種是可以獨立完成WIFI協議和應用業務的SOC單芯片，比如家庭里的WIFI路由器，還有一些IOT小設備WIFI（芯片自帶MCU）；另一種是需要搭載其它Host主芯片一起工作的Controller芯片，包括手機、電腦、電視機等設備上面的WIFI芯片。

本文主要跟大家一起聊一聊WIFI6 Controller芯片，以及前面的WIFI5、WIFI4和IEEE802.11b/g WIFI芯片的接口配置情況。

在開始講WIFI芯片和不同硬件接口的配置之前，先簡單地介紹一下這幾種硬件接口的名詞定義。

SPI接口，Serial Peripheral Interface，串行外設接口，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，傳輸速度為幾兆bps。SDIO接口，Secure Digital Input and Output Interface，安全數字輸入輸出卡外設接口，是由SD卡的協議演化升級而來，傳輸速率基于不同的版本而差異，可支持100Mbps、200Mbps和832Mbps。USB接口，Universal Serial Bus Interface，通用串行總線，不同版本的速率相差最大，從1.5bps到5Gbps都有。PCIe接口，Peripheral Component Interconnect-express Interface，一種高速串行計算機擴展總線標準，X1即總線位寬是1的時候速率為4Gbps，而X32時最高，可以達到128Gbps。

最初的Featurephone和android1.5版本前后的Smartphone基本上用的是最高速率為54Mbps的802.11 b/g的WIFI芯片，那個時候剛剛從GPRS上網方式切換到WIFI上網，終端產品上面的網絡應用還是以設配GPRS的網速為準，所以對網速的要求也不高，基本上6Mbps～30Mbps都能滿足，從速率上USB1.1（12Mbps）、GSPI（幾兆）、SDIO1.1(4bit 100Mbps)都可選用，不過限于功耗和當時主機平臺預留接口，基本上以GSPI和SDIO接口為主，所以當時的主流WIFI a/b/g芯片都是帶有SDIO和GSPI接口，以及少量的USB1.1接口（見圖示1和2）。

圖（1）

圖（2）

隨著WIFI的逐步普及，終端產品上的不斷呈現的應用業務開始反過來帶動WIFI傳輸速率性能的提高，于是基于802.11n和802.11ac的WIFI4和WIFI5開始逐步進入了市場。WIFI4 1T1R最大速率為150Mbps，2T2R為300Mbps，此時USB2.0 480Mbps以及SDIO2.0 200Mbps可以滿足產品設計的需求，相對來說，SDIO的功耗會遠低于USB，而USB的傳輸性能會優于SDIO；所以這個時候電池供電類智能終端以SDIO2.0為主，而電源供電的消費類終端則根據實際速率需求選擇SDIO2.0和USB2.0皆可（見圖示3和4）。到WIFI5時代，速率又開始了大幅度提升，1T1R HT80到達了433Mbps，2T2R HT80為866Mbps，而HT160更是翻倍提升。從速率上，USB2.0也僅僅能承載1T1R的WIFI5，此時WIFI芯片的硬件接口開始全面向USB3.0/SDIO3.0/PCIe升級，在設計上，電腦筆記本的應用因為對功耗沒有如電池供電的終端設備那么苛刻，所以PCIe是主流，而手機/PAD以及其它使用手機平臺作為主控的智能設備等則以SDIO3.0接口的WIFI5為最佳設計（見圖示5和6）。

圖（3）

圖（4）

圖（5）

圖（6）

接下來我們重點分析一下WIFI6 Controller的接口選型。WIFI6，也即IEEE802.11ax，在WIFI5的基礎上增加了很多新特性，使得2T2R 80M帶寬的配置下速率高達1200Mbps，這就意味著WIFI Controller芯片最通用功耗最低的SDIO2.0/3.0已經無法滿足WIFI6的吞吐量需求，只有更高速率的USB3.0和PCIe可以滿足當前WIFI6的高性能需求。USB3.0，理論上速率高達4.8Gbps，它是比USB2.0更節能的一種全雙工通信，所以USB3.0完全符合WIFI6的速率承載要求，然而在實際測試中發現USB3.0對WIFI6射頻的干擾非常之大，原因就在這個高速率的機理上面。大家都知道，有線信號是會輻射電池波的（直流電除外），這個電池波必然會干擾到相同或相近頻段的其它電池波。USB3.0的傳輸頻率為5GHz串行，在物理上使用4條數據線組成2組，每組負責一個傳輸方向，實現全雙工雙向5GHz，而每條數據線的基準頻率是2.5GHz，非常接近2.4G WIFI，按照高頻設備對信號的分布，必然會波及到2.5GHz附近的2.4G WIFI，吞吐量越高呈現出來的干擾現象就越明顯，這跟WIFI6的市場需求點是沖突的。除去吞吐量不符合要求的SDIO3.0和會有干擾痛點的USB3.0，剩下的就是PCIe接口了。如前面第三段對接口的速率描述，PCIe總線位寬1位時的吞吐量是4Gbps，完全可以承載WIFI6 2T2R 80M的帶寬配置，即使WIFI6 Controller天線擴展到4T4R 80M帶寬，速率提高到2.4Gbps，PCIe X1也能滿足需求，所以從吞吐量上PCIe完全滿足要求（注：WIFI6 4T4R Controller芯片在支持160M帶寬的情況下最高速率4.8Gbps，這就需要8Gbps的PCIe X2才能滿足）。目前PCIe接口更多的應用在電腦上，而在智能終端產品平臺上面預留PCIe接口的并不多，所以在產品迭代研發的過程中還需要有一小段Controller和Host磨合的時間，不過PCIe接口是目前WIFI6產品的最佳設計方案（見圖示7和8）。

圖（7）

圖（8）

本文中涉及到的WIFI吞吐量以通用Controller配置為準。比如WIFI5，本文以市面上主流WIFI Controller的配置2T2R為設計點進行討論；而對于WIFI Router產品，有大量的8T8R 160M帶寬的產品，SGI模式下理論速率可以高達6928Mbps；而WIFI6在8T8R 160M帶寬更是可以達到10Gbps。lw