Широкие возможности нового FDD/TDD-LTE модуля SIM7100E компании SIMCom

№ 1’2015
PDF версия
В статье рассмотрен новый LTE-модуль SIM7100E компании SIMCom. Проведено его сравнение с другими модулями компании SIMCom, изготовленными в аналогичном форм-факторе. Выполнен анализ некоторых возможностей нового решения и схемотехнических особенностей подключения, а также представлены сферы его применения.

Компания SIMCom Wireless Solutions, бессменный лидер в области модулей сотовой связи и спутниковой навигации в РФ и странах СНГ, представила новый LTE-модуль SIM7100E (рис. 1), обеспечивающий обмен данными с сетью до 100 Мбит/с на скачивание и до 50 Мбит/с на выгрузку. Он изготовлен в предназначенном для SMT-монтажа LCC-корпусе размерами 30×30 мм с торцевыми контактами. Форм-фактор модуля унаследован от 3G-модулей SIM5320E и SIM5360E. В таблице показаны основные характеристики вышеперечисленных модулей.

Модуль SIM7100E

Рис. 1. Модуль SIM7100E

Таблица. Сравнение характеристик модулей SIM7100E, SIM5360E, SIM5320E

Характеристика

SIM7100E

SIM5360E

SIM5320E

Количество торцевых контактов

87

82

80

Чипсет

MDM9215

MDM6200

QSC6270

Работа в сетях GSM

900/1800 МГц

850/900/1800/1900 МГц

Работа в сетях WCDMA/HSPA

900/2100 МГц

Работа в сетях FDD-LTE

B1/B3/B7/B8/B20

Работа в сетях TDD-LTE

B38/B40

Встроенный in-band модем (для работы в системе ЭРА-ГЛОНАСС)

Поддерживается

Максимальная скорость загрузки/выгрузки, Мбит/с

100/50

14,4/5,76

3,6/0,3

Аудиоинтерфейс

PCM

Analog 1in/2out, PCM

Интерфейс для подключения карт памяти

MMC, SD, SDHC, SDXC

Встроенный навигационный приемник

GPS/ГЛОНАСС

GPS

Интерфейсы управления

UART (до 4 Мбит/с), USB

Напряжение питания, В

3,4–4,3

3,4–4,2

3,3–4,2

Уровни I/O, В

1,8

2,8

Рабочий диапазон температур, °С

–40…+85

У модулей SIM5320E, SIM5360E и SIM7100E различное количество контактов. Это объясняется тем, что модулю SIM5360E добавлены по сравнению с предшественником, SIM5320E, дополнительный антенный вход diversity antenna (AUX_ANT) и контакт GND, а у SIM7100E также созданы тестовые контакты, которые не обязательно использовать при монтаже и которые можно оставить в состоянии NC (Not Connected). Сравнение распиновок модулей SIM7100E и SIM5360E представлено на рис. 2.

Сравнение выводов модулей SIM7100E и SIM5360E

Рис. 2. Сравнение выводов модулей SIM7100E и SIM5360E

У модулей SIM7100E и SIM5360E предусмотрен дополнительный антенный вход AUX_ANT для обеспечения высоких скоростей передачи данных. Он предназначен для подключения еще одной приемной антенны для борьбы с эффектами «замирания» сигнала от базовой станции, обусловленными многолучевостью распространения. Если разработчик решает задачу спроектировать устройство с высокой степенью надежности канала и большими скоростями обмена данными с сетью, то одновременное применение двух антенн зачастую становится единственным эффективным решением. При этом, чтобы ослабить проявление эффекта «замирания» полезного сигнала, необходимо разнести антенны в пространстве и/или расположить их поляризационно, причем в последнем случае они располагаются в разных плоскостях.

Модуль SIM7100E создавался таким образом, чтобы обеспечивалась максимальная повыводная совместимость с модулем SIM5360E, но основное различие выводов модулей SIM7100E и SIM5360E заключается в расположении выводов MAIN_ANT и DIV_ANT (рис. 2). У модуля SIM5360E выводы MAIN_ANT и DIV_ANT — это контакты №59 и 82 соответ­ственно, а у SIM7100E наоборот DIV_ANT — контакт №59, а MAIN_ANT – контакт №82. Но это не проблема: в сфере применения модулей такого класса требуется обеспечение максимально возможных скоростей передачи данных в IP-сетях, обычно используются оба антенных входа.

Блок-схема модуля SIM7100E

Рис. 3. Блок-схема модуля SIM7100E

Рассмотрим функциональную схему модуля SIM7100E (рис. 3), который обеспечивает поддержку:

  • USIM-интерфейса для подключения SIM-карты;
  • UART со скоростями работы до 4 Мбит/с функцией AUTOBAND на скоростях до 115 200 бод;
  • SDIO-интерфейса для подключения карт памяти SD, SDHC, SDXC и MMC;
  • I2C-интерфейса, работающего в master mode;
  • SPI-интерфейса, функционирующего в master mode;
  • высокоскоростного USB2.0-интерфейса для подключения к хосту;
  • PCM-интерфейса для передачи цифрового аудио с возможностью подключения на шину I2S;
  • GPIO-портов — ввода/вывода общего назначения;
  • двух входов АЦП;
  • LDO-интерфейса, позволяющего регулировать напряжение на выходе величиной 1,7–3,05 В и обеспечивающего ток до 150 мА;
  • Keypad-интерфейса для подключения клавиатуры;
  • входа CurrentSinkSource, который может быть использован для задания тока питания для подсветки экрана устройства.

Стоит отметить, что модуль SIM7100E несет на борту GPS/ГЛОНАСС-приемник и поддерживает функциональность тонального in-band модема, т. е. работу в системе ЭРА-ГЛОНАСС/eCall. Это означает, что SIM7100E может стать решением, идеально интегрируемым в проекты по контролю местоположения и одновременного предоставления услуг широкополосного доступа в Интернет в общественном транспорте. Причем благодаря высоким скоростям передачи данных из модуля в сеть появляется возможность совмещать в одном устройстве довольно широкую функциональность: систему трекинга, систему экстренного вызова и оповещения, видеонаблюдения, общего доступа в Интернет.

Рассмотрим более подробно аспекты подключения к модулю источника питания и некоторых проводных интерфейсов.

Рекомендованная схема питания SIM7100E с использованием LDO

Рис. 4. Рекомендованная схема питания SIM7100E с использованием LDO

Рекомендованные схемы питания для модуля с использованием LDO- и DC/DC-преобразователя представлены на рис. 4 и 5.

Рекомендованная схема питания SIM7100E с использованием DC/DC

Рис. 5. Рекомендованная схема питания SIM7100E с использованием DC/DC

Они должны обеспечивать кратковременное повышения потребляемого тока до 2 А  при интенсивном обмене данными модуля с сетью (рис. 6), обеспечивая просадку напряжения не более чем на 0,2 В и не ниже чем до уровня 3,4 В.

Напряжение и ток при интенсивном обмене данными с сетью

Рис. 6. Напряжение и ток при интенсивном обмене данными с сетью

Модуль SIM7100E не имеет аналогового аудиоинтерфейса. Для работы с аудио используется PCM (pulse code modulation) интерфейс, т. е. либо к модулю подключается внешний PCM-аудиокодек, либо происходит подсоединение к шине I2S управляющего микроконтроллера. На рис. 7 представлен вариант подключения к модулю SIM7100E (и к SIM5360E) рекомендуемого компанией SIMCom PCM-аудиокодека WM8960 производства компании Wolfson.

Схема подключения PCM-аудиокодека WM8960 к модулям SIM7100E и SIM5360E

Рис. 7. Схема подключения PCM-аудиокодека WM8960 к модулям SIM7100E и SIM5360E

Модуль способен работать с любыми другими PCM-кодеками, совместимыми с ним по характеристикам. Однако внутри модулей SIM7100E и SIM5360E уже реализованы настройки, необходимые для корректной работы кодека WM8960. Поэтому не требуется настраивать его через шину I2C с внешнего устройства либо с модуля. Достаточно просто подать АТ-команду, например AT+CTXVOL=…, для настройки чувствительности микрофонного входа, и модуль самостоятельно сформирует и отправит необходимые команды по шине I2C.

Для связи модуля с управляющим устройством может служить интерфейс UART, а также модуль можно подключить через USB-шину. При подключении через UART вследствие физических ограничений пришлось установить максимальную скорость обмена данными на уровне 4 Мбод. UART-интерфейс модуля SIM7100E рассчитан на работу со значениями 1,8 В (максимально — 2,1 В), поэтому сопряжение с внешними устройствами предполагает использование схем согласования уровней. На рис. 8 представлена рекомендуемая схема подключения модуля через UART с применением микросхемы преобразователя уровней компании Texas Instruments. Питание преобразователя уровней может осуществляться от вывода VDD_1V8 (контакт №15 модуля) или от внешнего источника напряжения 1,8 В.

Подключение UART-интерфейса через преобразователь уровней

Рис. 8. Подключение UART-интерфейса через преобразователь уровней

Для высокоскоростного обмена данными модуля SIM7100E с внешними устройствами используется USB-интерфейс. Поддерживаются драйверы для ОС семейства Windows, для Linux и Android. Рекомендованная схема подключения показана на рис. 9. После установки драйверов в системе можно обнаружить композицию виртуальных устройств. Например, для ОС Linux это будут:

  • /dev/ttyUSB0 — диагностический порт для вывода служебных сообщений;
  • /dev/ttyUSB1 — NMEA-порт для вывода потока данных GPS/ГЛОНАСС подсистемы;
  • /dev/ttyUSB2 — AT-порт для управления модулем;
  • /dev/ttyUSB3 — модемный порт для установки PPP-подключения;
  • /dev/ttyUSB4 — аудиопорт;
  • /dev/ttyUSB5 — виртуальный сетевой адаптер.
Схема подключения модуля SIM7100E по USB

Рис. 9. Схема подключения модуля SIM7100E по USB

На рис. 10 представлена обобщенная структурная схема подключения модуля SIM7100E и внешних периферийных устройств.

Обобщенная структурная схема подключения SIM7100E и периферийных устройств

Рис. 10. Обобщенная структурная схема подключения SIM7100E и периферийных устройств

Модули SIM7100E (рис. 11) предназначены для установки в следующие устройства:

  • высокоскоростные терминалы;
  • ресиверы цифрового телевидения (SET-TOP BOX);
  • устройства навигации и мониторинга местоположения транспорта;
  • бытовые роутеры;
  • IP-видеокамеры и охранные видео­системы;
  • модемы в системах банковских платежей.
Возможные сферы применения модуля SIM7100E

Рис. 11. Возможные сферы применения модуля SIM7100E

LTE-модуль SIM7100E, как и 3G-модуль SIM5360E, также представлен в исполнении на плате форм-фактора Mini PCI-E (рис. 12, 13). Поддерживаются USB-драйверы для всех актуальных ОС семейства Windows, включая CE-версии, а также для ОС Linux и Android. Поэтому SIM7100E легко может быть интегрирован в уже существующее оборудование.

SIM7100E в исполнении на Mini PCI-E плате

Рис. 12. SIM7100E в исполнении на Mini PCI-E плате

SIM5360E в исполнении на Mini PCI-E плате

Рис. 13. SIM5360E в исполнении на Mini PCI-E плате

Заключение

Нередко приходится сталкиваться с тем, что устройства, основанные только на FDD-LTE модулях, не могут работать в сетях региональных LTE-операторов, поскольку многие из них вынуждены предоставлять услуги лишь в TDD-LTE диапазонах. Однако устройства на базе FDD/TDD-LTE модуля SIM7100E способны обеспечить высокоскоростной доступ в Интернет во всех регионах РФ, причем во всех сетях любых операторов сотовой связи. Стабильность и качество работы модулей SIM7100E обеспечиваются как высокой квалификацией инженеров SIMCom, так и тесным взаимодействием между SIMCom и компанией Qualcomm, производящей микросхемы для модулей.

Таким образом, можно утверждать, что в продуктовой линейке компании SIMCom Wireless Solutions появилось высокоскоростное многоцелевое универсальное решение — модуль SIM7100E.

Литература
  1. SIM7100E-SPEC_2015-02-09.pdf
  2. SIM7100_Hardware_Design_V1.01.pdf
  3. SIM5360_Hardware_Design_V1.03.pdf
  4. SIM5320_Hardware_Design_V1.07.pdf
  5. SIM7100E-PCIE SPEC.pdf
  6. SIM5360-PCIEA_Hardware_Design_V1.01.pdf
  7.  SIM7100-PCIE_Hardware_Design_V1.01.pdf
  8. SIMCOM_SIM7100_ECALL_ATC_V0.01.pdf

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *