Quectel Hardware Design на примере M95. Power Supply & RTC

Поговорим сегодня о такой интересной вещи как hardware design для модулей Quectel. Что это такое? Это список рекомендаций от Quectel о том, как правильно проектировать аппаратную часть в устройстве с применением GSM модулей, здесь в частности рассмотрим M95, но в целом данная статья поможет и с проектированием на основе других модулей, например, M66, M72, M10 и т.д. Думаю статья получится достаточно массивной, поэтому скорее всего будет разделена на две, а то и три.
Все эти рекомендации описаны в документе Hardware Design, а также представлены в виде схем в документе Reference Design. 

Интерфейсы

Итак начнем с функциональной диаграммы устройства и распиновки стандартного корпуса LCC42 модуля M95:

 

 

 

 

 

 

Модуль M95 имеет несколько ключевых интерфейсов. Интерфейс источника питания или Power Supply, интерфейс включения/отключения питания, RTC – часы реального времени, интерфейсы последовательной передачи данных, аудио интерфейсы, интерфейс SIM карты. Рассмотрим каждый подробнее.

Источник питания Reference Design

Наверное одна из самых больших проблем в проектировании GSM/GPRS модемов. Потому что каждые 4.615мс в сеть GSM должен подаваться радиоимпульс длительностью 577мкс, в течении этого промежутка потребление тока может достигнуть 1.6А, следовательно источник питания нужно проектировать с учетом того, что падение напряжения на его выходе не должно быть более 400мВ от номинального напряжения питания.

В процессе передачи падение напряжения никогда не должно быть ниже 3.3В, если это случится модуль автоматически отключится. Для лучшей производительности рекомендуется ставить танталовый конденсатор 100uF и керамические 100nF, 33pF и 10pF как можно ближе к пинам VBAT. Ширина трассы VBAT на плате должна быть не меньше 2мм и как можно короче.

Требования к источнику питания следующие, он должен как минимум обеспечивать 2А, лучше использовать LDO. Quectel рекомендует следующую схему источника питания:

Здесь входное напряжение 5В, выходное 4.16В и максимальный ток нагрузки 3А, для стабильного выходного напряжения поставлен стабилитрон D1 5.1V мощностью не менее 1Вт.
Я обычно использую другую схему на основе ST1S10:

Мониторинг напряжения питания
Команда “AT+CBC” содержит три параметра: статус заряда, емкость батареи и напряжение питания в милливольтах. Команда возвращает емкость батареи в процентах и текущее значение напряжения между VBAT и GND. Напряжение автоматически измеряется каждые 5с.

Сценарии включения и выключения модуля
Модуль можно включать и отключать подачей низкого уровня на пин PWRKEY. Простейшая схема:

Power Down
Несколько способов выключения модуля:
— Процедура нормального выключения: Выключение модуля, используя пин PWRKEY
— Процедура нормального выключения: Выключения модуля, используя команду “AT+QPOWD”
— Автоматическое выключение по превышению или слишком низкому уровню напряжения питания
— Процедура экстренного выключения модуля: Выключение модуля, используя EMERG_OFF пин.

Restart
Можно перезагрузить модуль, используя PWRKEY. Для этого на PWRKEY подается в течении определенного времени низкий логический уровень. Затем через 500мс снова подается низкий логический уровень для включения модуля.

RTC

M95 поддерживает модуль часов реального времени RTC (Real Time Clock). RTC спроектирован на работу от внешнего часового кварца 32.768кГц и внутреннего источника питания. Если нет напряжения питания VBAT в качестве запасного источника питания можно использовать батарейку или конденсатор большой емкости. Вывод VRTC используется для подачи питания на RTC и содержит встроенные внутрь резистор 1.5кОм для токоограничения.
Следующие схемы показывают способы подачи питания: