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《GPRS无线模块SIM900A硬件设计注意事项(技术白皮书)》.pdf
GPRS 无线模块SIM900A 硬件设计注意事项
1.引言:
时下物联网已经成为非常热门的新兴行业。政府大力提倡和推动,运营商搭建管道和平台,
物联网相关的各行业都开始部署或发力。
芯讯通(SIMCom )是国内最早从事物联网与M2M 通信的研发类企业,旗下的SIM300 系
列产品以及SIM900 系列产品大规模出货,服务了数以千计的行业客户,广泛应用在众多的
行业方向,包括智能电表、车载通信、车队管理、安防监控、无线POS、无线医疗等。
本文着重讲述利用SIM900A 模块在进行硬件设计时需要注意的一些事项,侧重给硬件设计
人员提供一些参考与建议。
2.SIM900A 介绍
SIM900A 模块是一款尺寸紧凑的GSM/GPRS 模块,采用SMT 封装,基于STE
的单芯片案,采用ARM926EJ-S 架构,性能强大,可以内置客户应用程序。可广
泛应用于车载跟踪、车队管理、无线POS、手持PDA、智能抄表与电力监控等
众多方向。
SIM900A 模块主要特点:
SMT 封装:易于客户生产加工
尺寸小: 24*24*3mm
功耗低:待机模式电流低于18mA、sleep 模式低于2mA
供电范围宽:3.2~4.8V
支持频段:GSM/GPRS 900/1800MHz
语音编码:支持半速率、全速率、增强型速率
支持回声抑制算法,可以基于不同客户设备通过AT 命令调节回音抑制消除。
3. SIM900A 开发注意事项:
下面介绍一下SIM900A 模块硬件设计注意事项,以便客户进行灵活设计、增强
产品的可靠性与稳定性。
3.1 电源部分设计(VBAT引脚)
SIM900A 模块采用单电源供电,VBAT 供电范围 3.2~4.8V 之间,推荐电压为
4.0V , 模块射频发射时会导致电压跌落,这时电流的峰值最高会达到2A 以上,
因此电源供电能力尽可能达到2A,并建议VBAT 引脚并接大电容(电容根据供
电IC 输出能力确定)。
电源芯片选择上需要注意,如果外部输入电压与 VBAT 压差很大,建议选择开
关电源,当选用DC-DC 时需注意EMI 干扰,建议串接磁珠以备调整;如果外部
输入电压与VBAT 压差不大,最好选用LDO。客户的产品需要过TA、CE、FCC
等认证,推荐选择LDO 供电。
为了增强模块电源抗干扰能力(主要抗浪涌,脉冲群,静电等),不至于在外界
环境比较恶劣的情况下导致模块供电异常,建议根据实际应用在外部电源输入端
加一些共模电感、TVS 管等器件,在VBAT 供电芯片输出端加一些nf、pf 级电
容,滤除干扰。
PCB 布局时候VBAT 上的旁路电容尽量要放在对应pin 附近,为了减少PCB 走
线阻抗,VBAT 走线尽量宽、走线尽量短,最好大面积铺地,如下图1 所示。
图1:layout 时VBAT 走线设计
电源部分设计除了元器件的选择外,还和客户的PCB 布局、layout 关系很大,
下述案例供参考(客户问题:模块开机10 几秒后就关机),如图2 所示:
图2 :客户PCB 布局、走线
从以上图2 结构,客户选择的电源芯片及其原理设计还是可以的,但是从布局走
线来看,SIM900A 模块VBAT 供电的走线太长、线宽也很窄,稳压电容离VBAT
引脚又较远,所以导致电源跌落很大。客户设计VBAT 供电4V ,但是从下图可
以看出,在模块开机后的一段时间内电压跌落1.1~1.2V,主要原因是从模块开
机到注册网络这段时间内,射频发射功率偏高,VBAT 上耗流、纹波增加所致。
实测客户设备波形如图3 所示:
图3:VBAT 上电压跌落、STATUS 引脚状态
因此,VBAT 设计会影响整个模块的工作稳定性,比如常见问题模块开机几秒钟
就关机、TCP/IP 传输数据频繁大数据量、信号强度不好的情况,都可能会产生
模块关机或重启现象。基于以上客户设计,可以参考如下图4 布局比较合理:
图4 :重新调整客户PCB 布局、走线
在考虑VBAT 设计同时,也要重点关注GND 设计,GND 整个回流路径的长短
以及阻抗的连续性是电源跌落及音频干扰的主要原因。因此建议GND 的处理如
下:
模块GND,电池座GND (如果有电池供电),电源适配器GND,相互间GND
最好以一块完整的铜皮相连接,如果有结构、板层 (比如2 层板)限制,无法大
面积铺铜皮,最好用2mm 以上走线单独连起来在覆铜,以保证GND 的完整性。
整个PCB 板
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