SIM7600E и SIM7600E-H: обзор новых FDD/TDD-LTE-модулей Cat.1 и Cat.4

№ 4’2017
PDF версия
Среди промышленных модулей сотовой связи самыми распространенными решениями являются GSM-модули. Однако есть ряд применений, где поддержка сетей 3G и LTE является обязательным требованием: это может быть связано как с необходимостью обеспечить высокие скорости обмена данными, так и для предоставления гарантированного канала связи в случае отсутствия покрытия сетей GSM. Основным препятствием для массового использования данных решений является сравнительно высокая стоимость. Описанные выше задачи с минимальными затратами могут быть решены с помощью новых LTE-модулей SIM7600E и SIM7600E-H производства SIMCom Wireless Solutions.

Модуль SIM7600E-H

Рис. 1.б) Модуль SIM7600E-H

Модуль SIM7600E

Рис. 1. а) Модуль SIM7600E

Компания SIMCom Wireless Solutions, бессменный лидер среди мировых производителей модулей сотовой связи и спутниковой навигации, представила новые LTE-модули SIM7600E (LTE Cat.1) и SIM7600E-H (LTE Cat.4). Оба решения (рис.1) поддерживают диапазоны TDD-LTE/FDD-LTE и полностью совместимы друг с другом. Ключевое отличие между ними поддерживаемые категории LTE. Так, SIM7600E модуль LTE категории 1, обеспечивающий скорости обмена данными до 10 Мбит/с на скачивание и до 5 Мбит/с на выгрузку. В свою очередь, SIM7600E-H является модулем категории 4, что позволяет обмениваться с сетью на высоких скоростях 150 Мбит/с на скачивание и до 50 Мбит/с на выгрузку. Используемый форм-фактор (30×30 мм LCC), а также стек АТ-команд позволяют, с учетом небольших отличий, использовать их на тех же платах, что и ранее выпущенные модули SIM5360 (3G) и SIM7100 (LTE Cat.3). В таблице приведено сравнение указанных решений.

Таблица. Сравнение модулей SIMCom Wireless Solutions

 

SIM7600E

SIM7600E-H

SIM7100

SIM5360

Корпус

LCC 30×30 мм

Количество торцевых контактов

87

82

Чипсет

MDM9207

MDM9215

MDM6200

Работа в сетях GSM

900/1800 МГц

Работа в сетях WCDMA/HSPA

850/900/2100 МГц

900/2100 МГц

Работа в сетях FDD-LTE

B1, B3, B5, B7, B8, B20

B1, B3, B7, B8, B20

Работа в сетях TDD-LTE

B38, B40, B41

B38, B40

Макс. скорость загрузки/выгрузки, Мбит/с

10/5 (LTE Cat.1); 42/5,76 (HSPA+)

150/50 (LTE Cat.4); 42/5,76 (HSPA+)

100/50 (LTE Cat.3); 42/5,76 (HSPA+)

14,4/5,76 (HSPA+)

Аудиоинтерфейс

PCM

Встроенный навигационный приемник

GPS/GLONASS

Интерфейсы управления

UART (до 4 Мбит/с), USB

Напряжение питания, В

3,4–4,2

Уровни I/O, В

1,8

Диапазон рабочих температур, °C

–40…+85

Если говорить о назначении контактов (рис. 2), то все решения являются высоко совместимыми. В случае SIM7600E/SIM7600E-H и SIM7100 различия в распиновке минимальны: это дополнительный порт ввода/вывода, а также интерфейс HSIC у SIM7600. Что касается совместимости с SIM5360, то новые LTE-решения также могут быть установлены на его посадочное место, т. к. основные выводы совпадают, а дополнительные (которых нет у SIM5360) не являются критичными для работы модуля.

Сравнение выводов модулей SIM7600, SIM7100, SIM5360

Рис. 2. Сравнение выводов модулей SIM7600, SIM7100, SIM5360

Дополнительный антенный вход AUX_ANT у модулей SIM7600E и SIM7600E-H предусмотрен для обеспечения высоких скоростей передачи данных. Он используется для подключения еще одной приемной антенны для борьбы с эффектами замирания сигнала от базовой станции, обусловленными многолучевостью распространения. Следует отметить, что для борьбы с этим необходимо обеспечить пространственное разнесение антенн и/или их поляризационное разнесение (в этом случае антенны располагаются в разных плоскостях).

Ключевое отличие модулей SIM5360E и SIM7600X/SIM7100E заключается в расположении выводов MAIN_ANT и DIV_ANT (см. рис. 2). У модуля SIM5360E выводы MAIN_ANT и DIV_ANT это 59 и 82 контакт соответственно, а у SIM7100E наоборот: 59 контакт это DIV_ANT, а MAIN_ANT на 82. Однако, учитывая сферы применения данных решений, большой проблемой это не является, т. к. для обеспечения максимальных скоростей обычно задействованы оба антенных входа.

Функциональная схема модулей SIM7600E и SIM7600E-H

Рис. 3. Функциональная схема модулей SIM7600E и SIM7600E-H

Рассмотрим функциональную схему модулей SIM7600E и SIM7600E-H (рис. 3). В модулях SIM7600 доступны следующие интерфейсы:

  • USIM для подключения SIM-карты;
  • UART со скоростями работы до 4 Мбит/с функцией автоопределения на скоростях до 115 200 бод;
  • SDIO для подключения карт памяти SD, SDHC, SDXC и MMC;
  • I2C (100 кбит/c), работающий в Master mode;
  • SPI (26 Мбит/с), работающий в Master mode;
  • USB 2.0 высокоскоростной, для подключения к хосту;
  • HSIC;
  • PCM для передачи цифрового аудио с возможностью подключения на шину I2S;
  • GPIO порты ввода/вывода общего назначения;
  • два входа АЦП;
  • LDO, позволяющий регулировать напряжение на выходе от 1,7 до 3,05 В и обеспечивающий ток до 150 мА;
  • Keypad-интерфейс для подключения клавиатуры;
  • вход CurrentSinkSource, который может быть использован для задания тока питания подсветки экрана устройства.
    Рекомендованная схема питания SIM7600 с использованием LDO

    Рис. 4. Рекомендованная схема питания SIM7600 с использованием LDO

Рекомендованная схема питания SIM7600E с использованием DC/DC-преобразователя

Рис. 5. Рекомендованная схема питания SIM7600E с использованием DC/DC-преобразователя

Питание модулей SIM7600 может быть организовано с помощью LDO и DC/DC-преобразователя, рекомендованные схемы приведены на рис. 4 и 5. Они должны обеспечивать кратковременное повышение тока до 2 А (рис. 6) при интенсивном обмене модуля с сетью, при этом не допускаются просадки напряжения более 300 мВ, а также ниже порога в 3,4 В.

Потребление модулей SIM7600 и максимально допустимые просадки на шине питания

Рис. 6. Потребление модулей SIM7600 и максимально допустимые просадки на шине питания

Для связи модуля с управляющим устройством могут служить интерфейсы UART или USB. При подключении через UART максимальная скорость обмена данными составляет 4 Мбод. Интерфейс UART модулей SIM7600 рассчитан на работу с уровнями 1,8 В, поэтому для сопряжения с хостом необходимо согласование. На рис. 7 приведена рекомендуемая схема с применением микросхемы преобразователя уровней от Texas Instruments. Питание преобразователя уровней может производиться от вывода VDD_1V8 (контакт № 15 модуля), либо от внешнего источника напряжения 1,8 В.

Подключение интерфейса UART с помощью микросхемы преобразователя уровней

Рис. 7. Подключение интерфейса UART с помощью микросхемы преобразователя уровней

Для высокоскоростного обмена модулей SIM7600 с внешними устройствами используется интерфейс USB. Поддерживаются драйверы для ОС семейства Windows, Linux, Android. Рекомендованная схема подключения показана на рис. 8. После установки драйверов в системе можно обнаружить композицию виртуальных устройств:

  • AT-порт для управления модулем;
  • модемный порт;
  • NMEA-порт для вывода потока данных GPS/ГЛОНАСС-подсистемы;
  • диагностический порт для вывода служебных сообщений и обновления ПО;
  • аудиопорт;
  • виртуальный сетевой адаптер.
    Схема подключения USB-интерфейса модулей SIM7600

    Рис. 8. Схема подключения USB-интерфейса модулей SIM7600

Модули SIM7600 не имеют аналогового аудиоинтерфейса. Для работы с аудио используется PCM (Pulse Code Modulation). То есть к модулю подключается либо внешний PCM-аудиокодек, либо происходит подключение к шине I2S управляющего микроконтроллера. На рис. 9 изображена схема подключения рекомендованного аудиокодека NAU8810 производства Nuvoton.

Схема подключения аудиокодека к модулям SIM7600

Рис. 9. Схема подключения аудиокодека к модулям SIM7600

Модули могут работать и с любыми другими аудиокодеками, совместимыми с ним по характеристикам, однако для NAU8810 внутри модулей SIM7600 уже есть все настройки, поэтому нет необходимости настраивать кодек через шину I2C: достаточно просто подать АТ-команду (например, AT+CTXVOL для настройки чувствительности микрофонного входа), и модуль сам сформирует и отправит необходимые команды.

Обобщенная структурная схема подключения модуля и периферийных устройств представлена на рис. 10.

Обобщенная структурная схема подключения SIM7600E и периферийных устройств

Рис. 10. Обобщенная структурная схема подключения SIM7600E и периферийных устройств

Отличительной особенностью, которую поддерживает только SIM7600E-H, является технология Open Linux. Она позволяет пользователям писать приложения для внутренней ОС модуля, освобождая, таким образом, хост от ряда задач. Внутренняя архитектура SIM7600E-H показана на рис. 11.

Внутренняя архитектура SIM7600E-H

Рис. 11. Внутренняя архитектура SIM7600E-H

Если говорить о возможностях, предоставляемых Open Linux, то пользователю для работы доступны все интерфейсы и коммуникационные возможности модуля. Также SIMCom Wireless Solutions добавила ряд библиотек для периферийных устройств, которые могут быть использованы в связке с модулем, например:

  • микросхема USB-LAN 9730, которая подключается к HSIC-интерфейсу;
  • Wi-Fi-модуль W38 производства SIMCom на базе чипа Qualcomm, который подключается по интерфейсу SDIO и поддерживает работу на частотах 2,4 и 5 ГГц как в режиме точки доступа, так и клиента (возможно управление с помощью АТ-команд).

Отладочное средство SIM7600E-H комплектуется указанными микросхемами, что позволяет пользователям опробовать не только базовый функционал, но и дополнительные возможности, предоставляемые модулем.

Модуль SIM7600E-H в форм-факторе miniPCIe

Рис. 12. Модуль SIM7600E-H в форм-факторе miniPCIe

Основные сферы применения для модулей SIM7600E и SIM7600E-H:

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

Как и ранее вышедшие решения, модуль SIM7600E-H доступен в форм-факторе miniPCIe (рис. 12). Это особенно актуально для роутеров, а также устройств, где наличие модуля связи опционально. Наличие драйверов для основных платформ, а также поддержка со стороны ведущих производителей роутерного оборудования позволяют с легкостью интегрировать указанное решение как в новые разработки, так и в уже существующие.

Заключение

Новые модули SIM7600E и SIM7600E-H от SIMCom Wireless Solutions, без сомнения, займут свою нишу на рынке промышленных LTE-решений. Этому способствуют как доступность этих устройств, так и наличие широкого функционала и возможностей. Одновременная поддержка сетей FDD-LTE и TDD-LTE гарантирует повсеместную работу в сетях любых операторов, форм-фактор обеспечивает преемственность и взаимозаменяемость, а возможность реализации части или всего функционала на базе Open Linux позволяет упростить и удешевить конечное устройство. Основная сфера применения SIM7600E LTE-устройства, где не требуется передачи большого объема данных: транспортные терминалы, концентраторы и т. д. В свою очередь, SIM7600E-H предназначен для разработок, где требуется широкий канал для передачи данных, таких как роутеры, или при необходимости нужно задействовать внутренние возможности модуля сотовой связи.

Резюмируя изложенное, можно с уверенностью сказать, что новые решения SIMCom Wireless Solutions покрывают весь спектр задач, которые предъявляются к LTE-решениям.

Литература
  1. http://www.simcomm2m.com
  2. www.mt-system.ru
  3. SIM7600E SIM7600E-H Hardware Design V1.00
  4. SIM7600 Open Linux User Guide_V1.00

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.