L510E-3 — перспективный модуль LTE CAT1 компании Mobiletek

Поддержание трафика в решениях 2G/3G и частотных диапазонах LTE

Первоначально беспроводные технологии М2М (как предтеча более масштабного IoT, не ограниченного местными локальными беспроводными сетями и соединениями) получили взрывное развитие на базе сотовых сетей технологии 2G. Сегодня это четыре основных диапазона — 850/900/1800/1900 МГц (в России разрешено использование двух из них — 900 и 1800 МГц). И довольно длительное время возможности этой технологии в части поддерживаемой ею пропускной способности вполне удовлетворяли потребителей.

Появление сетей 3G обеспечило автономным устройствам потребителей относительно высокоскоростной доступ к Интернету и возможность массовой реализации беспроводных видеоприложений. В РФ для этих целей используются диапазоны 900/2100 МГц (WCDMA: B1/B8). Мир IoT начал обретать вполне явственные очертания. Тем не менее развитие менее скоростных приложений на базе сетей 2G продолжилось. Это нашло отражение и в функционале модулей 3G, практически без исключения имеющих в своем составе и опцию поддержки сетей 2G. Последние модели модулей 3G от Mobiletek выгодно отличаются от своих конкурентов тем, что не имеют в составе используемого в них более современного чипа — функционала GNSS, оказавшегося неконкурентоспособным по своим характеристикам в сравнении с отдельными узкоспециализированными модулями GNSS, реализующими его. Это позволило не только повысить устойчивость их работы (новый чип учитывает изменившиеся нюансы и реалии), но и сделать 3G-решения на его основе заметно более бюджетными. Фокусная модель в этой линейке — модуль L306E, выпускаемый в популярном LCC-форм-факторе 30×30 мм и в виде карты miniPCIe. Модуль поддерживает Analog voice и PCM, реализован на чипсете MT6280 от MTK и имеет управляющее ядро на базе процессора ARM Cortex-R4 480 МГц. Максимальная поддерживаемая скорость передачи данных: DL — 14,4 Мбит/с, UL — 5,76 Мбит/с (Category 10/6).

Скоростные возможности сетей 4G сравнительно надолго удовлетворили потребности пользователей в беспроводной прокачке более объемного трафика. У Mobiletek это модуль CAT4 L506E, выпускаемый в уже упомянутом LCC-форм-факторе 30×30 мм и в виде карты miniPCIe.

При этом существенно большее число частотных диапазонов, выделенных для поддержания этой технологии в формате CAT4 (в том числе и в нашей стране, минимальный перечень для FDD LTE: B1/B3/B7/B8/B20/B28), более высокая помехоустойчивость и возможность использования при развертывании сетей коэффициента частотного территориального перекрытия соседних сот K_П = 1 обозначили вполне естественный соблазн перевести на базу этой технологии также низкоскоростные и среднескоростные приложения. Собственно, сейчас этот процесс мы и наблюдаем в виде бурно развивающейся технологии NB-IoT (низкоскоростные приложения) и набирающего обороты модельного ряда модулей LTE CAT1 (среднескоростные приложения).

Модули Mobiletek диапазонов LTE класса CAT1

В настоящее время в разделе решений LTE категории CAT1 компания Mobiletek Communication Ltd представляет две свои новинки: бюджетные комбомодули LTE CAT1 + GSM (2G) этой серии — L501, и ультрабюджетные модули серии L510, предназначенные для интеграции в решения IoT в качестве недорогих приемопередающих устройств менее производительных приложений с достаточно высоким быстродействием и минимальным энергопотреблением. Сейчас эти модули представлены моделями L501ER (LCC+LGA), а также L510E и L510EN-3S, выполненными в LCC-форм-факторе. Модули серии L501ER изначально предназначены для интеграции в качестве приемо-передающих устройств с достаточно высоким быстродействием и минимальным энергопотреблением. Они выполнены в форм-факторе 30×30×2,5 мм и оптимальны для его новых редизайнов, где требуется средняя скорость передачи данных по мобильной сети. При этом модули L501ER дешевле, чем существующие модули 3G этого же и других производителей, то есть они интересны в качестве более современной замены существующих проектов, базирующиеся на решениях 3G.

Основные функциональные возможности и технические данные новинки компании — комбомодулей LTE CAT1 + GSM (2G) серии L510, специально разработанных для глобального рынка IoT, представлены в таблице, а их внешний вид показан на рис. 1.

Рис. 1. Внешний вид модулей L510

Потребляемый модулем пиковый ток достигает 2 А. Потребляемый ток в режиме IVBAT (power-off) — не более 17 мкА, в режиме IVBAT (power-save mode) — не более 7 мкА.

Модули L510EN-3S отличаются поддержкой систем позиционирования GPS и GLONASS.

Прикладные аспекты разработки приложений на основе модулей L510-3

Для разработки пользовательских приложений в составе комплекта разработчика модули серии L510 традиционно имеют полнофункциональную плату разработчика L510-3 EVB.

Обилие поддерживаемых модулями интерфейсов (2×UART, SIM (3/1,8 В), GPIO, USB 2.0, 2×ADC, I²C, SDIO, PCM, Analog Audio), поддержка протоколов TCP/UDP/HTTP/FTP/MQTT/SSL/FOTA/PPP, хорошо проработанные режимы сверхмалого потребления и компактные размеры — все это позволяет интегрировать их в самые различные проекты.

Причем дизайн решений в части используемого форм-фактора и рекомендованного значения диапазона питающих напряжений коррелирован с другими решениями на базе NB-IoT-модулей Mobiletek модельного ряда L710 (комбомодули 2G+NB-IoT+GNSS, реализованные на платформе Qualcomm MDM9205), что определяет их преемственность и универсальность при реализации общего дизайна печатных плат.

Распиновка модулей L510-3 представлена на рис. 2.

Рис. 2. Распиновка модулей L510-3

При выборе источника питания модуля следует убедиться, что входное напряжение на выводе VBAT никогда не опускается ниже 3,3 В, даже во время пакетной передачи, когда потребляемый ток возрастает более чем до 2 А. Если напряжение питания упадет ниже 3,3 В, это может повлиять на радиочастотные характеристики модуля. Использование буферных танталовых конденсаторов (емкостью более 300 мкФ) будет лучшим способом уменьшить подобные перепады напряжения. Если ток питания источника не может поддерживать значения до 2 А, пользователи должны установить конденсатор еще большей величины (типичный — 1000 мкФ) для обеспечения хранения необходимого количества электроэнергии в периоды пиковой нагрузки. Для обеспечения требуемой радиочастотной производительности и стабильности работы системы в цепи питания используются также фильтрующие многослойные керамические чип-конденсаторы (MLCC) емкостью 0,1/1 мкФ.

Их необходимо использовать для поддержания электромагнитной совместимости приложения на основе L510-3 с другими устройствами, выбирая образцы конденсаторов с наиболее низким ESR на высоких частотах. Обратите внимание, что фильтрующие конденсаторы следует размещать как можно ближе к выводам VBAT модуля. Также пользователь должен придерживаться правила, согласно которому шины питания VBAT должны быть шире 2 мм, чтобы свести к минимуму сопротивление трассировки цепей питания. На рис. 3 приведена рекомендуемая схема решения цепей питания модулей L510-3.

Рис. 3. Рекомендуемая схема реализации цепей питания модулей L510-3

Здесь на схеме цепей питания L510-3 показано корректное разделение цепей питания доменов цифровой части процессора (PMIC), усилителя мощности (PA) и других доменов модуля, минимизирующее их влияние друг на друга по ВЧ-помехам и обеспечивающее оптимальное их функционирование от общего источника питания. При этом на позиции VD1 используется диод Зенера с напряжением пробоя 5,1 В, при обратных токах пробоя до 500 мА производитель рекомендует использовать диоды Зенера моделей MMSZ5231BT1G (ON Semi), PZ3D4V2H (Prisemi) или MMSZ4689-V (Vishay) в корпусе SOD123.

Заключение

Применение беспроводных модулей Shanghai Mobiletek Communication Ltd. в проектах IoT позволяет реализовывать весь спектр решений, базирующихся на использовании возможностей сетей сотовых операторов, и вполне успешно преодолевать негативные последствия непредсказуемой санкционной политики европейских и других производителей аналогичных решений. Современная линейка модулей компании, основанная на сетях LTE в решениях различных скоростных категорий (в том числе и в нише LTE CAT1), предоставляет возможность создавать самые разнообразные пользовательские приложения.

Модули Mobiletek экономичны по цене, при этом имеют высокую степень интеграции, что делает их привлекательными для разработчиков собственных решений.