RM310無線通信模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

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【摘要】rm310是福州瑞芯微電子股份有限公司為M2M和IoT應(yīng)用而設(shè)計(jì)的LTECAT4無線通信模塊，基于ASR1802S通信處理器方案，支持TD-LTE/FDD-LTE/WCDMA/GSM通信制式，采用LTE3GPPRel.11技術(shù)，支持最大下行速率150Mbps和最大上行速率50Mbps，內(nèi)置豐富的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，集成多個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，并支持多種驅(qū)動(dòng)和軟件功能，適用于Windows、Linux，Android等多種操作系統(tǒng)下的USB驅(qū)動(dòng)，給出了系統(tǒng)的整體架構(gòu)和硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案。設(shè)計(jì)的無線通信模塊可廣泛應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)多個(gè)領(lǐng)域中，如平板電腦、車聯(lián)網(wǎng)、視頻監(jiān)控、安防、路由器、POS、智能家居等產(chǎn)品。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)；LTE；無線通信；RM310

引言

無線模組是物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)絡(luò)和定位的關(guān)鍵設(shè)備，負(fù)責(zé)設(shè)備之間數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸工作。隨著物聯(lián)網(wǎng)的深入和普及，LTE無線通信模組的應(yīng)用越來越廣泛，本文針對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，設(shè)計(jì)了一款LTECAT4通信模塊，模塊系統(tǒng)包括電源管理、基帶處理器部分、存儲(chǔ)器、射頻收發(fā)器、外圍接口等部分，模塊采用3229（32mm×29mm×2.6mm）LCC標(biāo)準(zhǔn)封裝，便于整體貼裝的PCBA設(shè)計(jì)可廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。

1RM310無線通信模塊系統(tǒng)組成

RM310無線通信模塊系統(tǒng)由五個(gè)主要部分組成，包括基帶處理器部分、電源管理部分、存儲(chǔ)器、射頻收發(fā)器、外圍接口部分等。基帶處理器芯片采用上海翱捷科技ASR1802S芯片，ASR1802S是一種先進(jìn)的、高度集成的通信處理器，用于實(shí)現(xiàn)符合3GPP協(xié)議的2G/3G/4G各種制式下的數(shù)據(jù)通信，并集成一個(gè)應(yīng)用處理器ARMCortexA7用于支持Linux環(huán)境下的各種應(yīng)用程序。電源管理部分由VBAT供電分為兩個(gè)電壓域，分別給基帶和射頻部分供電。存儲(chǔ)器采用兆易創(chuàng)新GD25LQ128DWIGR128Mbit的NORFlash，由于ASR1802S可支持RTOS操作系統(tǒng)，所占內(nèi)存小，最低只需要128Mbit的NORFlash即可。射頻收發(fā)器同樣采用翱捷科技的ASRRF858芯片，ASRRF858是一款多頻多模射頻收發(fā)器，支持LTEFDD&TDD、HSPA+、EGPRS數(shù)據(jù)通信。外圍接口部分包括UART接口、USB接口、USIM卡接口、主分集天線接口等，圖1是RM310無線通信模塊系統(tǒng)框圖。

2RM310無線通信模塊設(shè)計(jì)

2.1電源系統(tǒng)

RM310模塊的供電范圍為3.3~4.3V，需要確保輸入電壓不低于3.3V。電源設(shè)計(jì)對模塊的穩(wěn)定性能至關(guān)重要，模塊在射頻發(fā)射時(shí)會(huì)在短時(shí)間有一個(gè)較大電流的突發(fā)脈沖，VBAT電源上會(huì)產(chǎn)生電壓跌落現(xiàn)象，因此在設(shè)計(jì)上電源的設(shè)計(jì)對模塊的性能至關(guān)重要，RM310模塊必須選擇至少能夠提供2A電流能力的電源。模塊有4個(gè)VBAT引腳連接外部電源或電池，模塊電源可以分為兩個(gè)電壓域分別給射頻部分供電和基帶部分供電。模塊內(nèi)部PMICASRPM802是一種高效電源管理集成電路，帶有RTC和通用12位自動(dòng)采樣ADC測量單，可提供五路高效的BUCK和六路LDO。

2.2無線射頻收發(fā)系統(tǒng)

通信模塊射頻系統(tǒng)由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)兩部分組成，由RFtransceiver芯片ASRRF858、功率放大模塊、射頻開關(guān)模塊、濾波器、雙工器等組成。接收機(jī)包括主分集接收，主集接收電路發(fā)射電路共用，單分集接收。ASRRF858是一款多模多頻高集成度射頻芯片，支持HSPA+、LTEFDD&TDD、EGPRS；最大支持20MHz信號(hào)帶寬；主集接收集成有10路端口、4路高頻端口、3路甚高頻端口、3路低頻端口；分集接收有7路輸入端口、2路甚高頻端口、3路高頻端口、2路低頻端口；集成7個(gè)發(fā)射端口、3路甚高頻端口/2路高頻端口、2路低頻端口；支持26MHzDCXO和VCTCXO；支持頻段FDDBand1~Band21、23、25，TD-SCDMAbands34，TDDLTEbands38、39、40、41。功率放大模塊采用SKYWORKS的SKY77643MMPA，SKY77643是一種支持3G/4G頻段并在WCDMA、TD-SCDMA和LTE模式下高效工作的多模多波段功率放大器模塊。射頻開關(guān)模塊包括主集開關(guān)模塊和分集開關(guān)模塊，主集開關(guān)模塊采用SKY77916芯片，SKY77916是一種發(fā)射接收射頻前端模組（FEM），F(xiàn)EM完全支持寬帶3G/4G射頻切換，集成2G四頻功率放大器（PA）射頻輸入，14個(gè)發(fā)射/接收（TRx）天線切換端口。分集開關(guān)模塊采用SKY13418-485LF支持頻段0.1~3.0GHz，SP8T天線開關(guān)，具有低插損、高隔離度、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。

2.3模塊外圍接口電路

模塊外圍接口電路有串口、USB、USIM、天線等接口。RM310的USB接口符合USB2.0規(guī)范，支持高速（480Mbps）和全速（12Mbps）模式?？捎糜贏T命令傳送、數(shù)據(jù)傳輸、軟件調(diào)試、軟件升級(jí)使用。模塊有兩個(gè)串口：主串口和調(diào)試串口。主串口支持多種波特率，默認(rèn)波特率為115200bps，用于數(shù)據(jù)傳輸和AT命令傳送；調(diào)試串口支持115200bps波特率，用于部分日志輸出。SIM卡接口支持ETSI和IMT-2000卡規(guī)范，支持1.8V和3.0V（U）SIM卡。模塊設(shè)計(jì)有一個(gè)主天線接口、一個(gè)分集接收天線接口，天線端口阻抗為50Ω。

3實(shí)現(xiàn)結(jié)果

針對設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行了整體性能測試，給出了射頻測試指標(biāo)和功耗數(shù)據(jù)，測試結(jié)果滿足3GPP規(guī)范要求。

3.1射頻指標(biāo)測試

主要射頻指標(biāo)發(fā)射功率及接收靈敏度指標(biāo)如表1所示。

3.2功耗測試

關(guān)機(jī)功耗20μA；空閑功耗40mA。

3.3實(shí)物開發(fā)

板圖2是RM310無線通信模塊應(yīng)用開發(fā)板。

4結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的無線通信模塊滿足3GPP協(xié)議，通過一系列認(rèn)證，包括中國質(zhì)量認(rèn)證中心CCC安全檢測國家無線電管理委員會(huì)SRRC認(rèn)證，并獲得了電信設(shè)備進(jìn)網(wǎng)許可證；模塊具有尺寸小、支持頻段多、支持多系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)、應(yīng)用簡單等特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用到了物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。

作者：柳春青 單位：福州瑞芯微電子股份有限公司