第五节-通信子系统硬件电路设计.ppt

1 无线终端设计技术 章科峰 五 通信子系统的硬件电路设计 现在无线模块品种众多 对于初次进行方案设计的人员来说 难以抉择 常规的无线模块分成GPRS CDMA GSM EDGE 3G CDMA2000 WCDMA TD SCDMA 等模块 这些无线模块广泛应用于无线数据传输 电力GPRS CDMA 通信系统 铁路GPRS CDMA 通信系统 无线抄表 无线监控 GPRS智能交通系统 金融机具 无线抄表 无线监控 GPS车载终端 GPS车辆管理定位系统 汽车防盗 家庭防盗 门禁系统 无线公话 短信息软件 短信平台 无线广告牌等无线远程监控领域等行业 其中有些模块是不带TCP IP协议的 随着产业的发展和技术的进步 现在大多数无线模块都内置了协议 由于GPRS的网络分布更为广泛 大多数的客户倾向于选择使用GPRS模块 而且现在GPRS模块同GSM模块价格已经非常接近了 随着国家在铁路 公路等基建项目的重点投资扩展和无线 手持项目的发展运用 无线领域的通讯业务也会随之有较大的增长空间 也为如火如荼开展的3G业务 打下良好的应用基础 目前市场上无线模块大致有如下品牌 西门子 华为 摩托罗拉 飞图 展迅 Enfora 明基 SIMCOM Wavecom 联芯科技等 各家产品均有不同的优势 西门子作为老牌的模块生产企业 它的口碑在业界还是不错的 如MC55I功能丰富 性能稳定 同样如摩托罗拉的G24模块 它的功能非常强大 当然此两款模块价格也是比较高的 相对来说BENQ的M23G和华为的GTM900B模块性价比较高 特别是华为的GTM900B模块 近年在行业内得到了越来越多的认可 性能稳定 返修率很低 还有一个优势 就是在硬件上它可以同西门子的TC35I MC39I进行互换 对于想降低生产成本的模块用户来说非常方便 飞图和展迅的模块也都具有非常强的低成本 高性价比优势 相对来说GPRS模块 西门子的MC39I MC55I 摩托罗拉的G24返修率非常低 客户接受和认可度高 而从最近一年的情况分析来看 华为的GTM900B模块逐渐占据了较高的市场份额 其返修率也非常低 作为性价比很高的一款产品 非常适合对价格敏感的客户群选用 对于GSM模块 则推荐客户选用西门子的TC35I模块 CDMA模块则推荐使用华为的CM320 性价比相对较高 西门子的无线模块由于推出较早 功能强大 性能稳定 用户也较多 但市场上也出现了很多 水货 和 翻新货 质量和维保就难以得到保证 所以建议用户不要为了表面上看起来便宜了十几块钱而增大了风险 购买此类产品还是要在正规的代理商或专业经销商处购买 无线模块常规的配套产品通常有以下几种 模块插座 又称FPC连接器 用于连接模块和线路板 不同的模块往往使用不同规格的插座 常用的有40Pin 50Pin 60Pin和70Pin 排线 又称柔性电缆 补强板 用于连接模块上自带的插座和模块插座 分进口和国产两类 天线 常用的有吸盘天线 棒状天线 T型天线 尺状天线 拇指天线等多种形式 对常规客户来说天线的增益和驻波比是最关注的两项技术指标 配合GPRS和CDMA 频率有450 850 900 1800和1900MHz 通常增益在2 2 5dBi 3 5dBi以上的增益需定制 一些偏远地区遇到GPRS或CDMA信号偏弱的问题可以尝试选择高增益天线加以解决 能取得较好的效果 转接线 又叫馈线 射频连接线 用于连接天线和模块 接口通常有MMCX IPEX和SMA等 又分进口和国产两类 SIM卡座 有翻盖和抽屉式 通常有6针 8针的簧片 好的SIM卡座簧片设计科学合理 使用自动冲压机加工成型 精度高 触点排列整齐如一 弹力强且匀称 手感一致 且采用全自动镀金流水线进行触点镍上镀耐磨金 质量好 理化性能稳定 镀层厚度是普通镀金的数倍 耐摩性能好 3G模块 LC6311 1 3G模块介绍 LC6311是联芯科技推出的业内首款TD HSDPA GGE无线模块产品 广泛应用于 TD HSDPA与GGE双模 支持系统间跨网自动无缝切换 在TD HSDPA制式下 下行数据传输速率可达到2 8Mbps 支持在TD SCDMA制式下的上下行非对称数据传输能力 上下行数据传输速率可分别达到384Kbps 支持UART和USB两种通信接口 使用更为方便和灵活 可以满足不同主控设备的需求 采用2 7mm装配高度的超薄设计 使其可以方便应用于智能手机和各类数据卡中 内部集成H 324协议栈 使得视频电话的功能实现更为简单 内部集成TCP IP协议 可以方便连接Internet 可以广泛应用不同的行业领域 应用领域 智能手机和各类数据卡 视频监控 调度导航 仪器仪表 无线路由 2 LC6311 3G模块系统框图 1 射频部分 TD SCDMA射频收发信机GSM射频收发信机射频开关TD射频功放GGE射频功放26MHz压控振荡器 2 模拟基带部分 模拟基带芯片 内部集成音频CODEC和电源管理单元 3 数字基带部分 数字基带芯片MicronMCP存储器 包含NANDFLASH和SDRAM 射频子系统包括射频收发信机 OthelloTx Rx 功放 收发开关和滤波器等 主要实现无线射频信号和模拟基带信号之间的变换 模拟基带子系统 Typhoon LCR 集成了数模转换器 PMU Audio电路等三部分功能 数模转换器实现了模拟基带和数字基带信号的变换 PMU模块包含了很多路分立的不同电压电流的供电单元 能够满足整个硬件平台电源供给需求 Audio部分电路实现了音频的编解码 支持立体声和多种采样速率 数字基带子系统包括LemansLCR处理器和存储器 LemansLCR维护和管理整个硬件系统 它内部集成了两个处理器内核 DSP内核BlackFin运行物理层协议和AMR编解码 MCU内核ARM926EJS运行高层协议 并且通过对外接口与外部通讯 外部接口提供产品的对外物理上的连接 包括电源输入 音频信号 通讯接口 控制信号和调试接口等 3 3G模块功能简介 4 3G模块应用接口描述 LC6311的应用接口包括一个60脚0 5mm间距的板对板连接器 Connector 一个天线连接器 AntennaConnector 通过板对板连接器和天线连接器 LC6311可以方便的嵌入到TD HSDPA GGE无线应用系统中 通过射频测试口 可以进行射频指标的测试 60pinB B板对板连接器 型号 为NAIS公司的AXK6F60345YJ Header 与其配套使用的Socket为AXK5F60545YJ 包括下列接口 1 电源 单一电源3 3 4 5V 2 两个串行口 两个UART口 其中一个用于与主机通讯 另一个用于软件更新 3 两路模拟音频输入接口 三路模拟音频输出接口 可以外接RECEIVER MICPHONE SPEAKER和耳麦 4 USIM卡接口 一个USIM卡接口 支持1 8V和3V卡 5 USB接口 支持USB2 0协议 可作为通信口或软件更新 6 控制信号 其他控制信号包括开机信号 各种状态指示信号和中断信号等 5 引脚及功能描述 6 3G模块电源设计 LC6311 采用单一电源输入Vbat 电压范围3 3 4 2V 该电源供给射频部分和模拟基带的PMU单元 前者用于射频收发 后者提供系统中需要的各种电源 在板对板连接器上有5个专用管脚用于LC6311 电源输入Vbat 8个地管脚GND 1个开机信号 1个复位信号和1个上电指示信号 具体描述如下表所示 7 3G模块UART1和UART2接口 LC6311 提供两个UART接口 UART1和UART2 UART1用作与主机的通讯口 其速率缺省为115 2kbps 可以采用相关AT指令动态配置从9600bps到921 6kbps UART2用作软件下载 通讯速率为115 2kbps 为了方便LC6311 软件升级 建议用户将UART2 TX和UART2 RX两根数据线从模块的连接器上引出来 但不要连接到其它处理器上 通过UART2进行软件升级的过程为 设置Download mode为低 将模块上电 POWERON信号为高 模块启动 模块检测到Download mode信号为低 会尝试从UART2口下载 在一定的时间内如果从UART2 RX上检测到同步字节 程序进入软件下载流程 8 3G模块USB接口 LC6311 的USB接口可以作为为通讯口 调试口或下载口 作为USBDevice设备 遵循USB2 0协议规范 最高速率支持FULLSPEED 12Mbps 作为下载口时可以对模块软件进行更新 下载速度比UART2更快 其中VUSB IN电源应在使用USB通信口之前加电 并建议在电源稳定1ms后再对USB口进行配置和使用 模块开机时 系统会根据COM SEL 2 1 两位信号的状态选择通信口 如果COM SEL 2 1 配置通信口为USB接口 系统开机后会进行USB相关配置 这时需要在开机之前加上USB电源 否则会影响配置过程 通过USB进行软件升级的过程为 设置Download mode为高 将模块上电 POWERON信号置高 模块启动 模块检测到Download mode信号为高 会尝试从USB口下载 在一定的时间内如果从USB上握手成功 程序进入软件下载流程 在实际应用中 USB口多被连接至外部处理器的USB口进行数据传输 这种情况下的模块升级需要外部处理器透传数据进行配合 或者可以在外部电路添加USB开关实现模块的USB端口切换 9 3G模块音频接口 LC6311 提供两组模拟音频输入接口和三组模拟音频输出接口 模拟音频输入接口为MICP1 MICN1和MICP2 模拟音频输出接口为SPEARKER EARPHONE和RECEIVER 它们之间通过AT指令进行切换 RECEIVER和耳机信号都可以驱动32欧姆负载 SPEAKER可以驱动8欧姆负载 模拟音频接口还提供一个电源做为MICPHONE的偏置电源 耳机麦克采用单端输入 语音输出是左右声道 jacksense是耳机插拔检测信号 10 3G模块USIM卡接口 基带处理器提供一个USIM卡接口 该接口兼容ISO7816IC