驱动miniPCIE网络模块EC20硬件电路详解

1、概述

EC20 R2.1 Mini PCIe-C 模块是 PCI Express Mini Card 1.2 标准接口 LTE 模块。本文章主要讲解了如何驱动EC20 R2.1 Mini PCIe-C 模块的硬件电路设计，主要包含有：

1. 电源设计
2. 通讯接口
3. SIM卡的防护

1.1、EC20 R2.1 Mini PCIe-C 模块引脚分配

1.2、EC20 R2.1 Mini PCIe-C 模块引脚描述

引脚号	miniPCIE引脚名	模块引脚名	I/O	功能描述	备注
1	WAKE#	MIC_P	AI	模拟音频输入正端	不用则悬空
2	3.3Vaux	VBAT	PI	3.3V~3.6V 电源输入
3	COEX1	MIC_N	AI	模拟音频输入负端	不用则悬空
4	GND	GND		地
5	COEX2	SPK_P	AO	模拟音频输出正端	不用则悬空
6	1.5V	NC
7	CLKREQ#	SPK_N	AO	模拟音频输出负端	不用则悬空
8	UIM_PWR	USIM_VDD	PO	(U)SIM 卡供电电源
9	GND	AGND	模拟音频地
10	UIM_DATA	USIM_DATA	IO	(U)SIM 卡数据信号
11	REFCLK-	VDD_EXT	PO	1.8V 输出电源
12	UIM_CLK	USIM_CLK	DO	(U)SIM 卡时钟信号
13	REFCLK+	RESERVED	预留
14	UIM_RESET	USIM_RST	DO	(U)SIM 卡复位信号
15	GND	GND 地
16	UIM_VPP	RESERVED	预留
17	RESERVED	RESERVED	预留
18	GND	GND	地
19	RESERVED	WAKEUP_IN	DI	模块睡眠控制引脚	低电平允许模块进入睡眠
20	W_DISABLE#	W_DISABLE#	DI	飞行模式控制	低电平有效
21	GND	GND	地
22	PERST#	PERST#	DI	复位控制引脚	低电平有效
23	PERn0	UART_RXD	DI	模块串口接收数据
24	3.3Vaux	VBAT	PI	3.3V~3.6V 电源输入
25	PERp0	UART_RTS	DO	模块请求发送
26	GND	GND	地
27	GND	GND	地
28	1.5V	UART_CTS	DI	模块清除发送
29	GND	GND	地
30	SMB_CLK	UART_DCD	DO	模块载波检测
31	PETn0	UART_TXD	DO	模块串口发送数据
32	SMB_DATA	WAKEUP_OUT	DO	模块睡眠指示	低电平有效
33	PETp0	PERST#	DI 复位控制引脚	低电平有效
34	GND	GND	地
35	GND	GND	地
36	USB_D-	USB_DM	IO	USB 差分信号（-）	90Ω 差分特性阻抗
37	GND	GND	地
38	USB_D+	USB_DP	IO	USB 差分信号（+）	90Ω 差分特性阻抗
39	3.3Vaux	VBAT	PI	3.3V~3.6V 电源输入
40	GND	GND	地
41	3.3Vaux	VBAT	PI	3.3V~3.6V	电源输入
42	LED_WWAN#	LED_WWAN#	OC	网络状态指示灯
43	GND	GND	地
44	LED_WLAN#	USIM_PRESENCE	DI	(U)SIM 卡插入检测
45	RESERVED	RESERVED	预留
46	LED_WPAN#	UART_DTR	DI	DTE 准备就绪，可用来唤醒模块
47	RESERVED	RESERVED	预留
48	1.5V	NC
49	RESERVED	RESERVED	预留
50	GND	GND	地
51	RESERVED	RESERVED	预留
52	3.3Vaux	VBAT	PI	3.3V~3.6V 电源输入

2、电源接口设计

EC20 R2.1 Mini PCIe-C 模块使用 VBAT 供电。 在 EGSM900 模式下，瞬间峰值电流最大可能达到2.0A。 为防止电压跌落到 3.3V 以下，使用开关电源或 LDO 时需要能够提供至少 2.0A 电流， 建议在模块供电端口处加一个容值大于470µF 的钽电容或电解电容。若使用开关电源给模块供电，开关电源的功率器件、电源走线应尽量避开天线部分，以防止 EMI 干扰。

2.1、一级总电源设计

本设计整体采用宽电压输入6-36V，一级电源采用LM2596稳压至5V，最大可以提供3A的电流。足够整个系统，包括网络模块的正常供电需求。

2.2、二级网络模块电源设计

下图给出了使用 LDO 给网络模块供电的电源电路参考设计。 其中 R7 和 R9 两颗电阻精度为 1%，电容 C17需要选用低 ESR 的 470µF 滤波电容。

2.3、二级1.8V电平电压转换电源设计

由于EC20串口的电压域是1.8V，不能直接与MCU的3.3V的串口通讯，短期可能没什么影响，但是长期会降低EC20的使用寿命。采用AMS1117进行5V到1.8V的电平转换

对于EC20 R2.1 Mini PCIe-C 模块的电源来说，包含上述三种电源。

3、串口通讯接口电路设计

EC20 R2.1 Mini PCIe-C 模块支持 1 路带 RTS/CTS 硬件流控功能串口。该串口可支持 9600bps、19200bps、 38400bps、 57600bps、 115200bps 和 230400bps 波特率，默认波特率为 115200bps。EC20串口的电压域是1.8V，不能直接与MCU的3.3V的串口通讯，因此需要在1.8V和3.3V之间进行电平转换。

4、SIM卡电路设计

在SIM电路设计中，一定要注意进行静电防护，不然在实际项目应用中，会出现检测不到SIM卡的现象。
为了提高USIM卡电路的可靠性和稳定性，在电路设计中须注意以下几点：

1. USIM 卡座靠近模块摆放，尽量保证(U)SIM 卡信号线布线长度不超过 200mm。
2. SIM 卡信号线布线远离 RF线和电源线。
3. 为防止 USIM_CLK 和 USIM_DATA 信号相互串扰，两者布线不能太靠近， 并且在两条走线之间需增加地屏蔽。
4. 为确保良好的 ESD 性能，建议(U)SIM 卡的引脚增加 TVS 管；建议选择的 TVS 管寄生电容不大于15pF。
5. USIM_CLK、 USIM_DATA、 USIM_RST 走线上串联 22Ω 的电阻，可以抑制EMI，增强ESD防护； 同时，并联33pF 电容可有效滤除 EGSM900 射频干扰，这些阻容器件应尽量靠近(U)SIM 卡座放置。
6. USIM_DATA上的上拉电阻有利于增加(U)SIM 卡的抗干扰能力； 当(U)SIM卡走线过长，或者有比较近的干扰源的情况下，建议靠近卡座位置增加上拉电阻。

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