SIMCom常见模组外围电路设计

最近一直在搞SIMCom的模组外围电路设计,现在整理一下外围电路设计思路。

1.电源方案

这类通信模组一般瞬间电流可以达到2A左右,所以在供电方案上需要十分注意,否则很容易造成模块死机或者重启。供电方案可以采用DC-DC、LDO或者DC-DC+LDO方案,除了基本的电源芯片,由于模组的瞬间电流比较高,所以在模组的电源的电容配置也需要考虑。

(1)DC-DC方案

优点:

①外部供电电压输入范围宽;

②电源效率高;

③电流比较大,一般可以做到2-3A;

④发热量低。

缺点:

①电源纹波比较大,需要在输出端增加一个磁珠,以改善电源质量;

②一般DC-DC方案所占PCB面积比较大;

③因为DC-DC采用PWM方式调节电压,所以会产生较大的干扰;

④静态电流高,不适合连续工作的低功耗系统。

常用的DC-DC芯片有:MP1482、MP2303、LM2596ADJ等。

(2)LDO方案

优点:

①纹波低,输出电压稳定;

②线性器件,很少有干扰问题。

缺点:

①效率低;

②发热量大;

③输入电压不能做到很宽(输入输出压差太大,耗散功率大)。

这种芯片很多厂家都在做,比如TI、芯龙等等,一般SIMCom推荐的芯片是MIC29302。

(3)DC-DC+LDO方案

这种方案是通过DC-DC将外部电压降低到5V左右,在用LDO把电压降到4.2V。

优点:

①效率高;

②纹波低,输出电压稳定。

缺点:

①BOM成本高;

②和DC-DC方案一样,干扰比较大。

(4)模组供电接口电容及保护配置

推荐外部电容220uF钽电容*2+1uF陶瓷电容+33pF陶瓷电容+10pF陶瓷电容+5.1V/500mW齐纳二极管,这些器件要靠近模组放置。齐纳二极管不能省,很多情况下都是因为电源线的ESD干扰导致模块损坏的。如果电源电路不能提供足够的2A电流,建议适当增加电容容量,电容容量不小于1000uF,当能提供2A电流时,电容容量不小于330uF。保证模块发射是电压跌落小于300mV。

(5)其他

①电源线线宽不能低于80mil,最好在PCB的同一侧布线;

②模组最好增加断电功能,以防止模组死机,可以采用MOS管或者直接控制电源芯片的使能脚。

2.与MCU连接问题

(1)串口接线问题

模组一般都会提供一个全功能串口,如果MCU串口速度足够快,可以只连接RX和TX,若MCU串口速度比较慢,建议硬件流控相关引脚也要连接上。

两种接法如下图所示:

SIMCom常见模组外围电路设计_第1张图片

SIMCom常见模组外围电路设计_第2张图片

(2)接口电平问题

SIMCom的模组常见的I/O电平标准为2.8V和1.8V。

当I/O电平为2.8V,MCU为3.3V电平时,可采用电阻分压方式来转换I/O电平,如下图所示:

SIMCom常见模组外围电路设计_第3张图片

当I/O电平为1.8V,MCU为3.3V电平时,最好采用专门的电平转换芯片,例如SIMCom官方推荐的TXB0108,电路图如下所示:

SIMCom常见模组外围电路设计_第4张图片

(3)其他

其余I/O根据需要连接,比如模组状态引脚等。建议在模组和MCU连接的引脚上串接51欧电阻,用以增强保护和解决一些EMI/EMC问题。

3.开关机引脚处理

开关机电路参照下图即可:

SIMCom常见模组外围电路设计_第5张图片

三极管选用常用的小功率NPN三极管即可,还可在开关机引脚上增加一个100nF的电容和一个TVS管,以增强对模块的保护。

4.SIM卡接口

SIM卡通信速率比较高,并且SIM卡内部无保护电路,所以在设计的时候需要格外注意,否则容易引起无法识别SIM卡、掉卡或者是SIM卡损坏的情况。SIM卡电路如下图所示:

SIMCom常见模组外围电路设计_第6张图片

需要注意的是:

①SIM卡引线最好控制在10cm以内,以5cm以内为优;

②SIM_RST、SIM_CLK和SIM_DATA需要串接上51欧电阻用以做阻抗匹配,对地接22pF电容,防止射频干扰;

③ESD器件结电容不能大于50pF;

④SIM卡走线要远离电源、天线和高速信号线;

⑤SIM卡的地要和模块的地保持良好的连通性,保证等电位;

⑥为防止SIM_CLK对其它信号造成干扰,建议将SIM_CLK做包地处理。

5.天线接口处理

天线参考电路如下所示:

SIMCom常见模组外围电路设计_第7张图片

在设计中应保证50欧阻抗,以方便射频工程师调试,阻抗设计使用Si9000软件设计即可,匹配电路应预留,射频测试头看实际情况是否保留。注意天线电路要远离电源。

至此SIMCom模组设计完成。

本博文部分内容摘自SIMCom官网文档。

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