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

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.

Рис. 1. Модуль SIM7100E

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Рис. 9. Схема подключения модуля SIM7100E по USB

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

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.

Рис. 12. SIM7100E 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.