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

Рис. 1.б) Модуль SIM7600E-H

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.

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.

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.

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.
  
  

  Рис. 4. Рекомендованная схема питания SIM7600 с использованием LDO

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.

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.

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.
  
  

  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.

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.

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.

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.

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.