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4G模塊SIM卡電路工作原理
時間:2025-01-13 09:12 瀏覽人數:1411

在移動互聯網和物聯網的浪潮中,4G模塊和SIM卡成為了連接數字世界與現實世界的橋梁。它們共同協作,讓我們的設備能夠隨時隨地接入互聯網,實現數據的自由流通。移遠4G模組EC801E支持兩路SIM卡,支持雙卡切換,便于設備靈活切換網絡。本文將帶你一起了解4G模塊SIM接口功能及相關設計注意事項,希望對您的應用有所幫助。



SIM卡接口功能描述

EC801E-CN 是移遠通信專為M2M 和IoT 領域而設計的LTE Cat 1 無線通信模塊,支持最大下行速率10 Mbps 和最大上行速率5 Mbps,超小封裝,超高性價比。EC801E模塊支持2 路USIM 接口,支持雙卡單待功能,均符合ETSI 和IMT-2000 規范。其中,USIM1 接口支持1.8 V 和3.0 V USIM卡,USIM2 接口僅支持1.8 V USIM 卡。


1.SIM卡引腳定義

EC801E模塊SIM卡部分引腳分配如下圖所示。

1.png

2.png



2.SIM卡檢測邏輯

當SIM卡的觸點接通序列結束后(RST處于低電平,VCC穩定供電,ME的I/O處于接收狀態,VPP被置為空閑狀態,CLK提供適當的、穩定的時鐘),SIM卡準備復位。


時序圖如下


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● 時鐘信號在T0時刻加到CLK觸點,I/O總線在時鐘信號加到CLK觸點200個時鐘周期(T0時刻之后的t2時間段)之內應該處于高阻狀態;

● 內部復位的SIM卡,在幾個時鐘周期之后開始復位,復位應答應該在400~40000個時鐘周期內開始(T0時刻之后的t1時間段之內);

● 低電平復位的SIM卡的復位信號至少在40000個時鐘周期內RST觸點維持低電平(T0之后的t3時間段內),如果在40000個時鐘周期內沒有復位應答,則RST觸點被置為高電平;

● I/O端的復位應答必須在RST上升沿開始的400~40000個時鐘周期內開始(T1時刻之后的t1時間段之內);

● 如果復位應答在400~40000個時鐘周期內沒有開始(T1時刻之后的t3時間段之內),則RST觸點的電平將被置為低電平(在T2時刻),觸點也將被ME釋放。



3.雙卡切換功能

 EC801E支持雙卡單待功能,如需使用兩路USIM 接口,USIM1 和USIM2 須同時使用1.8 V USIM 卡。模塊可通過AT+QDSIM 切換USIM。


相關特性如下:


● 模組開機會默認檢測SIM1通道,在SIM1通道檢測到SIM卡不在位的情況下,才會去檢測SIM2通道。

● USIM_DET信號為SIM卡插拔檢測管腳,上下邊沿電平觸發中斷,觸發系統進行SIM1通道的卡在位檢測。而SIM2通道不支持SIM卡插拔檢測。

● 對于ESIM卡的雙卡應用場景,建議將ESIM卡置于SIM2通道,實體SIM卡座置于SIM1通道,以實現優先使用外置插拔SIM卡的效果。





SIM卡接口硬件設計推薦

常見的SIM卡外圍設計電路如下:

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如果無需使用USIM卡檢測功能,則USIM1_DET 可懸空。為確保性能,USIM 接口的電路設計應遵循以下原則:

● USIM 卡座靠近模塊擺放,盡量保證USIM 卡信號線布線長度不超過200 mm。

● USIM 卡信號線布線遠離射頻線和電源線。

● 請確保USIM_VDD 與GND 之間的旁路電容值不大于1 μF,且盡可能靠近USIM 卡座放置。

● 為防止USIM_CLK 信號與USIM_DATA 信號相互串擾,兩者布線不能太靠近,并且在兩條走線之間需增加地屏蔽。

● 為確保良好的ESD 性能,建議在USIM 卡引腳增加TVS 陣列,其寄生電容應小于15 pF。在模塊和USIM 卡之間串聯0 Ω 的電阻便于調試。在USIM_DATA、USIM_CLK 和USIM_RST 線上并聯33 pF 電容用于濾除射頻干擾。USIM 卡的外圍器件應盡量靠近USIM 卡座擺放。

● USIM_DATA 上的上拉電阻有利于增加USIM 卡的抗干擾能力。當USIM 卡走線過長,或者有比較近的干擾源的情況下,建議將上拉電阻靠近USIM 卡座放置。




SIM卡常見問題

1、在出現SIM卡不識別時,測量SIM卡供電VDD_SIM,發現VDD_SIM為低電平!

SIM卡在初始化時,系統最多會嘗試4次與SIM卡交互。此時VDD_SIM也會打開4次,分別在1.8V和3.3V交替檢測,若檢測不到SIM卡,VDD_SIM卡就會關閉,如下圖:

5.png

因此在檢測不到SIM卡的情況下,USIM_VDD總是低電平。

檢測不到VDD_SIM高電平并不是識別不到SIM卡的原因,而是結果。通常出現識別不到SIM卡的現象,往往都是外圍電路器件規格用錯,阻容物料混淆,器件虛焊以及物理形變導致接觸性不良所引發。


2、在硬件設計或調試階段,我們經常遇到板端無法檢測到SIM卡的情形,接下來分享兩例常見的案例。

案例1

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異常點

C827電容太大,SIM卡電路初始化時,在上電瞬間因充電引發形變,從而無法匹配上電平。

改善建議

將C827電容移除, C829已經滿足濾波需求。




案例2


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異常點

問題1:熱插拔檢測CD腳錯誤上拉至SIM_VDD,會導致熱插拔功能失效。

問題2:SIM_VDD錯誤上拉至SIM_CLK,需要上拉的腳位為SIM_DATA。


改善建議

1、CD腳需要上拉至穩定的1.8V電平,推薦選擇模塊的VDD_EXT作為上拉信號。

2、SIM_DATA需要上拉至SIM_DATA,SIM_CLK則無需上拉。




結  語


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