合宙低功耗4G模組Air780EQ——硬件設(shè)計(jì)手冊02

Air780EQ是一款基于移芯EC716E平臺設(shè)計(jì)的LTECat1無線通信模組。

支持FDD-LTE/TDD-LTE的4G遠(yuǎn)距離無線 傳輸技術(shù)。

另外，模組提供了USB/UART/I2C等通用接口滿足IoT行業(yè)的各種應(yīng)用訴求。

本文將繼續(xù)介紹合宙Air780EQ的硬件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用接口，射頻接口，電氣特性，結(jié)構(gòu)尺寸和存儲生產(chǎn)等內(nèi)容。

上文鏈接：合宙低功耗4G模組Air780EQ——硬件設(shè)計(jì)手冊01-電子發(fā)燒友網(wǎng) (elecfans.com)

二、應(yīng)用接口

2.8 SIM卡接口

Air780EQ支持2路SIM卡接口，支持ETSI和IMT-2000卡規(guī)范，支持1.8V和3.0VUSIM卡。

以滿足雙SIM 卡切換的需求。

2.8.1. SIM接口

下表介紹了SIM接口的管腳定義。

2.8.2.雙SIM卡切換說明

Air780EQ支持雙卡單待，同一時(shí)間只能使用其中一個(gè)SIM通道。

可以通過相應(yīng)的AT指令進(jìn)行SIM卡 通道切換：

或者選擇自動(dòng)切換功能，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)外部網(wǎng)絡(luò)信號強(qiáng)度進(jìn)行自動(dòng)切換

（自動(dòng)切換功能通常用 于同時(shí)使用不同運(yùn)營商SIM卡的場景）。

具體指令請參考《4G模塊AT命令手冊》

注意：

• 模塊開機(jī)會(huì)默認(rèn)檢測SIM1通道，在SIM1通道檢測到SIM卡不在位的情況下才會(huì)去檢測SIM2通 道。
• USIM_DET信號為SIM卡插拔檢測管腳，上下邊沿電平觸發(fā)中斷，觸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行SIM1通道的卡 在位檢測。而SIM2通道不支持SIM卡插拔檢測。
  
• 對于內(nèi)置貼片SIM卡的雙卡應(yīng)用場景，如網(wǎng)絡(luò)攝像頭（IPC）場景，建議將貼片SIM卡置于SIM2 通道，外置插拔SIM卡座置于SIM1通道，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)先使用外置插拔SIM卡的效果。
  

2.8.3. SIM 接口參考電路

下圖是SIM接口的參考電路，使用6pin的SIM卡座

2.9. LDO 輸出

注意：VDD_EXT不建議給外設(shè)供電，僅能做外部上拉用

2.10. 功能管腳

2.10.1. MAIN_RI

MAIN_RI 信號動(dòng)作

如果模塊用作主叫方，MAIN_RI會(huì)保持高電平，收到URC信息或者短信時(shí)除外。

而模塊用作被叫方時(shí)， MAIN_RI 的時(shí)序如下所示 。

語音呼叫時(shí)模塊用作被叫方MAIN_RI時(shí)序：

數(shù)據(jù)呼叫時(shí)模塊用作被叫方MAIN_RI時(shí)序：

模塊主叫時(shí)MAIN_RI時(shí)序：

收到URC信息或者短信時(shí)MAIN_RI時(shí)序：

2.10.2. MAIN_DTR

模塊支持兩種睡眠模式：

• 睡眠模式1：發(fā)送AT+CSCLK=1，通過MAIN_DTR管腳電平控制模塊是否進(jìn)入睡眠
  
• 睡眠模式2：發(fā)送AT+CSCLK=2，模塊在串口空閑一段時(shí)間后自動(dòng)進(jìn)入睡眠
  

具體參閱2.11.2睡眠模式

2.10.3.狀態(tài)指示燈

Air780EQ用一個(gè)管腳來指示開機(jī)狀態(tài)，用兩個(gè)管腳信號來指示網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。

如下兩表分別描述了管腳定 義和不同網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下的邏輯電平變化.

網(wǎng)絡(luò)指示管腳定義：

指示網(wǎng)絡(luò)管腳的工作狀態(tài)：

指示燈參考電路如下圖所示：

2.11. 省電功能

根據(jù)系統(tǒng)需求，有兩種方式可以使模塊進(jìn)入到低功耗的狀態(tài)。

對于AT版本使用“AT+CFUN”命令可以使模塊 進(jìn)入最少功能狀態(tài)。

2.11.1. 最少功能模式/飛行模式

最少功能模式可以將模塊功能減少到最小程度，

此模式可以通過發(fā)送“AT+CFUN=”命令來設(shè)置。

參數(shù)可以選擇0，1，4。

• 0：最少功能（關(guān)閉RF和SIM卡）；
  
• 1：全功能（默認(rèn)）；
  
• 4：關(guān)閉RF發(fā)送和接收功能；
  

如果使用“AT+CFUN=0”將模塊設(shè)置為最少功能模式，射頻部分和SIM卡部分的功能將會(huì)關(guān)閉。而串口依然 有效，但是與射頻部分以及SIM卡部分相關(guān)的AT命令則不可用。

如果使用“AT+CFUN=4”設(shè)置模塊，RF部分功能將會(huì)關(guān)閉，而串口依然有效。所有與RF部分相關(guān)的AT命令不 可用。

2.11.2. 睡眠模式（慢時(shí)鐘模式）

2.11.2.1 串口應(yīng)用

串口應(yīng)用下支持兩種睡眠模式：

睡眠模式1：通過MAIN_DTR管腳電平控制模塊是否進(jìn)入睡眠

睡眠模式2：模塊在串口空閑一段時(shí)間后自動(dòng)進(jìn)入睡眠

2.11.2.1.1 睡眠模式 1

開啟條件：

發(fā)送AT指令A(yù)T+CSCLK=1

模塊進(jìn)入睡眠：

控制MAIN_DTR腳拉高，模塊會(huì)進(jìn)入睡眠模式1

模塊退出睡眠：

拉低MAIN_DTR腳50ms以上，模塊會(huì)退出睡眠模式可以接受AT指令

模塊在睡眠模式1時(shí)的軟件功能： 不響應(yīng)AT指令，但是收到數(shù)據(jù)/短信/來電會(huì)有URC上報(bào)

HOST 睡眠時(shí)，模塊收到數(shù)據(jù)/短信/來電如何喚醒HOST： MAIN_RI 信號

2.11.2.1.2 睡眠模式 2

開啟條件： 發(fā)送AT指令A(yù)T+CSLCK=2

模塊進(jìn)入睡眠： 串口空閑超過AT+WAKETIM配置的時(shí)間（默認(rèn)5s），模塊自動(dòng)進(jìn)入睡眠模式2

模塊退出睡眠： 串口連續(xù)發(fā)送AT直到模塊回應(yīng)時(shí)即退出睡眠模式2。不響應(yīng)DTR管腳中斷喚醒

模塊在睡眠模式2時(shí)的軟件功能： 不響應(yīng)AT指令，但是收到數(shù)據(jù)/短信/來電會(huì)有URC上報(bào)

HOST 睡眠時(shí)，模塊收到數(shù)據(jù)/短信/來電如何喚醒HOST： MAIN_RI 信號

模塊通過“AT+CFUN=0”或者“AT+CFUN=4”設(shè)置以后，可以通過“AT+CFUN=1”命令設(shè)置返回到全功能狀態(tài)。

2.11.2.2 USB應(yīng)用

開啟條件： USBHOST必須支持USBsuspend/resume

模塊進(jìn)入睡眠： HOST發(fā)起USBsuspend

模塊退出睡眠： HOST發(fā)起USBresume

HOST睡眠時(shí)，模塊收到數(shù)據(jù)/短信/來電如何喚醒HOST： MAIN_RI信號

2.12. 模式切換匯總

具體的功耗數(shù)據(jù)請查詢4.4功耗章節(jié)。

三、射頻接口

天線接口管腳定義如下：

RF_ANT管腳定義：

3.1. 射頻參考電路

注意：

• 連接到模塊RF天線焊盤的RF走線必須使用微帶線或者其他類型的RF走線，阻抗必須控制在50歐姆左右。
  
• 在靠近天線的地方預(yù)留Π型匹配電路，兩顆電容默認(rèn)不貼片，電阻默認(rèn)貼0歐姆，待天線廠調(diào)試好天線以 后再貼上實(shí)際調(diào)試的匹配電路；
  
• Luat模塊阻抗線及天線設(shè)計(jì)建議： https://doc.openluat.com/article/2430
  

3.2. RF 輸出功率

RF傳導(dǎo)功率：

3.3. RF傳導(dǎo)靈敏度

RF傳導(dǎo)靈敏度

3.4.工作頻率

3.5. 推薦RF焊接方式

如果連接外置天線的射頻連接器是通過焊接方式與模塊相連的，請務(wù)必注意連接線的剝線方式及焊接方法， 尤其是地要焊接充分。

請按照下圖中正確的焊接方式進(jìn)行操作，以避免因焊接不良引起線損增大。

四、電器特性，可靠性，射頻特性

4.1.絕對最大值

下表所示是模塊數(shù)字、模擬管腳的電源供電電壓電流最大耐受值

4.2.推薦工作條件

4.3.工作溫度

4.4.功耗

4.4.1.模塊工作電流

測試儀器：綜測儀R&SCMW500，程控電源安捷倫66319D

測試條件：VBAT=3.8V，環(huán)境溫度25℃，插入白卡，連接綜測儀CMW500

4.4.2.實(shí)網(wǎng)模擬長連接功耗

模塊聯(lián)網(wǎng)功耗數(shù)據(jù)

模塊低功耗模式下聯(lián)網(wǎng)連接服務(wù)器定時(shí)心跳測試，模擬實(shí)際應(yīng)用下的定時(shí)上報(bào)場景下功耗，從而能夠估算出電 池的使用時(shí)間。

超低功耗方案參考：https://doc.openluat.com/wiki/50

各階段耗流(中等信號強(qiáng)度下實(shí)網(wǎng)測試測試)

注意： 由于是實(shí)網(wǎng)測試，網(wǎng)絡(luò)信號強(qiáng)度，注冊頻段，服務(wù)器響應(yīng)時(shí)間都會(huì)對測試的值有較大影響，因此，此數(shù)據(jù)僅供 參考。

4.5.靜電防護(hù)

在模塊應(yīng)用中，由于人體靜電，微電子間帶電摩擦等產(chǎn)生的靜電，通過各種途徑放電給模塊，可能會(huì)對模 塊造成一定的損壞，

所以ESD保護(hù)必須要重視，不管是在生產(chǎn)組裝、測試，研發(fā)等過程，尤其在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中， 都應(yīng)采取防ESD保護(hù)措施。

如電路設(shè)計(jì)在接口處或易受ESD點(diǎn)增加ESD保護(hù)，生產(chǎn)中帶防ESD手套等。

下表為模塊重點(diǎn)PIN腳的ESD耐受電壓情況。

表格：ESD性能參數(shù)（溫度：25℃,濕度：45%）

五、模塊尺寸圖

該章節(jié)描述模塊的機(jī)械尺寸以及客戶使用該模塊設(shè)計(jì)的推薦封裝尺寸。

公差為+-0.2mm。

5.1. 機(jī)械尺寸

5.2. 推薦PCB封裝

正視圖，Air780EQPCB封裝（單位：毫米）

注意：

1. PCB 板上模塊和其他元器件之間的間距建議至少3mm；

六、存儲和生產(chǎn)

6.1. 存儲

Air780EQ以真空密封袋的形式出貨。

模塊的存儲需遵循如下條件：

環(huán)境溫度低于40攝氏度，空氣濕度小于90%情況下，模塊可在真空密封袋中存放12個(gè)月。

當(dāng)真空密封袋打開后，若滿足以下條件，模塊可直接進(jìn)行回流焊或其它高溫流程：

• 模塊環(huán)境溫度低于30攝氏度，空氣濕度小于60%，工廠在72小時(shí)以內(nèi)完成貼片。
  
• 空氣濕度小于10% 若模塊處于如下條件，需要在貼片前進(jìn)行烘烤：
  
• 當(dāng)環(huán)境溫度為23攝氏度（允許上下5攝氏度的波動(dòng)）時(shí)，濕度指示卡顯示濕度大于10%
  
• 當(dāng)真空密封袋打開后，模塊環(huán)境溫度低于30攝氏度，空氣濕度小于60%，但工廠未能在72小時(shí)以內(nèi)完成貼 片
  
• 當(dāng)真空密封袋打開后，模塊存儲空氣濕度大于10% 如果模塊需要烘烤，請?jiān)?25攝氏度下（允許上下5攝氏度的波動(dòng)）烘烤48小時(shí)。
  

注意：

模塊的包裝無法承受如此高溫，在模塊烘烤之前，請移除模塊包裝。

如果只需要短時(shí)間的烘烤，請 參考IPC/JEDECJ-STD-033 規(guī)范。

6.2. 生產(chǎn)焊接

用印刷刮板在網(wǎng)板上印刷錫膏，使錫膏通過網(wǎng)板開口漏印到PCB上，印刷刮板力度需調(diào)整合適，為保證模 塊印膏質(zhì)量，Air780EQ模塊焊盤部分對應(yīng)的鋼網(wǎng)厚度應(yīng)為0.2mm。

為避免模塊反復(fù)受熱損傷，建議客戶PCB板第一面完成回流焊后再貼模塊。

推薦的爐溫曲線圖如下圖所示：

七、術(shù)語縮寫

到這里，關(guān)于合宙4G低功耗模組Air780EQ的硬件設(shè)計(jì)介紹就結(jié)束了。