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LTE CAT4 无线通信模组

模块是采用 LCC+LGA 封装的无线通信模块,支持 GSM /WCDMA/LTE TDD/LTE FDD 制式,可广泛应用于各种产品和设备,为之提供数据服务,如笔记本电脑、车载终端和电力设备等。
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1.产品概述

LTE CAT4 模块是采用 LCC+LGA 封装的无线通信模块,支持 GSM /WCDMA/LTE TDD/LTE FDD 制式,可广泛应用于各种产品和设备,为之提供数据服务,如笔记本电脑、车载终端和电力设备等。

2.主要规格

关键特性


参数

说明

物理特征

尺寸:32 mm × 29 mm × 2.6mm 重量:约 5.2g

封装:共 144 个管脚,其中 80 个为 LCC 管脚,64 个为 LGA 管脚

供电

VBAT 供电电压范围:3.3V~4.3V

典型供电电压:3.8V

频段

LTE FDD B1/B3/B5/B8 LTE TDD B38/39/40/41 WCDMA B1/B8

GSM B3/B8

发射功率

GSM900: 33dBm±2dB(Power Class 4) DCS1800:  30dBm±2dB(Power Class 1)

EDGE 900MHz: 27dBm±3dB(Power Class E2) EDGE 1800MHz: 26dBm±3dB(Power Class E2) UMTS: 24dBm+1/-3dB(Power Class 3)

LTE: 23dBm±2dB(Power Class 3)

LTE 特性

最大支持 3GPP R9 non-CA Cat.4 支持 1.4MHz~20MHz 射频带宽下行支持 MIMO

LTE-FDD:最大下行速率 150Mbps,最大上行速率 50Mbps

LTE-TDD:最大下行速率 130Mbps,最大上行速率 30Mbps

UMTS 特性

支持 3GPP R7 HSPA+

支持 QPSK,16-QAM 调制CAT6: Max 5.76Mbps (UL), CAT14: Max 21Mbps (DL)

UMTS Max 384Kbps (DL) Max 384Kbps (UL)

GSM 特性

GSM/GPRS/EDGE 最大支持 3GPP R99 EDGE:

支持 EDGE 多时隙等级 12

支 持 GMSK 和 8-PSK


最大下行速率 236.8Kbps,最大上行速率 236.8Kbps GPRS:

支持 GPRS 多时隙等级 12

最大下行速率 85.6Kbps,最大上行速率 85.6Kbps

网络协议特性

支持 TCP/UDP/PPP/FTP/HTTP/NTP/PING 协议

支 持 PAP (Password Authentication Protocol) 和 CHAP

(Challenge Handshake Authentication Protocol)、IPv4、IPv6

短消息(SMS)

TextPDU 模式点对点 MOMT 短消息小区广播

短消息存储:默认存储在模块

音频特性

支持 1 路数字音频接口:PCM 接口

PCM 接口

用于音频使用,需要外接 Codec 芯片

(U)SIM 接口

支持USIM/SIM 卡:1.8V 和 3V

支持(U)SIM 卡热插拔检测

UART 接口

支持 2 路UART 接口:主UART 接口和调试 UART 接口主 UART 接口:5 线UART 接口

用于AT 命令传送和数据传输

波特率最大为 921600bps,默认为 115200bps 调试UART 接口:2 线UART 接口

用于日志输出

波特率为 115200bps

USB 接口

兼容USB 2.0 特性(只支持从模式),数据传输速率最大到 480Mbps

用于AT 命令通信、数据传输、软件调试和固件升级

ADC 接口

支持 2 路 12-bits ADC,电压输入范围:0V~1.3V

天线接口

主天线、分集天线;

50Ω 特征阻抗

分集接收

支持 LTE 分集接收

网络指示

NET_MODE 和 NET_STATUS 两个管脚指示网络状态

温度范围

正常工作温度:-35°C ~ +75°C

扩展工作温度:-40°C ~ +85°C

RoHS

所有器件完全符合 EU RoHS 标准



3.型号说明

型号说明

ML810-A ML810-C ML810-J0 ML810-D

LTE FDD

B1/B3/B8

B1/B3/B5/B8

B1/B3/B5/B8

B1/B3/B5/B8

LTE TDD

B38/B39/B40/B41

B38/B39/B40/B41

B38/B39/B40/B41

B38/B39/B40/B41

接收分集

支持(可选)

支持(可选)

不支持

支持(可选)

WCDMA

支持(可选):

B1/B8

支持(可选):

B1/B8

支持(可选):

B1/B8

支持(可选):

B1/B8

GSM

B3/B8

B3/B8

B3/B8

不支持


ML810-H

LTE FDD

B1/B3/B5/B8

LTE TDD

B38/B39/B40/B41

接收分集

支持(可选)

WCDMA

支持(可选): B1/B8

GSM

B3/B8





4.应用接口

4.1 功能框图

模块主要包括以下功能组件与接口:


图 1 模块接口





4.2 电源设计

表供电管脚


管脚名称                        管脚号        I/O     描述                            DC 特性                  备注

VBAT_RF

63,64

PI

模块射频电源

Vmax=4.3V Vmin=3.3V

Vnorm=3.8V

电源必须能够提供 2.0A 的电流

VBAT_BB

65,66

PI

模块基带电源

Vmax=4.3V Vmin=3.3V

Vnorm=3.8V

电源必须能够提供 1.0A 的电流



图2星型结构供电


模块的供电范围为 3.3V~4.3V,典型值为 3.8V,在数据传输或者通话时,瞬间大功率发射会形成高达 2A 的电流峰值,从而导致 VBAT 大的纹波出现,如瞬间压降造成 VBAT 供电电压过低,模块将会关机。为保证模块能正常工作,要求电源供电必须具备足够的供电能力,需要确保输入电压不低于 3.3V。


为了减少电压跌落,需要使用低 ESR 100uF 滤波电容,并分别给 VBAT_BB VBAT_RF 管脚增加 3 个陶瓷电容100nF,33pF,10pF),且电容需靠近 VBAT 管脚放置。外部供电电源连接模块时,VBAT_BB VBAT_RF 需要采用星型走线。VBAT_BB 走线宽度不应小于 1mm,VBAT_RF 线宽度不应小于 2mm。原则上,VBAT 走线越长,线宽越宽。

为了保证电源稳定,建议在电源前端加 5.1V、功率 0.5W 以上的齐纳二极管。

AT+CBC 命令可以用来监测、查询当前 VBAT_BB 的电压。如需了解更多详情,请参考 AT 文档。


4.3 开关机

表PWRKEY 管脚


管脚名称                   管脚号        I/O          描述                           DC 特性                  备注

PWRKEY

25

DI

模块开机/关机

VIHmax=3.8V VIHmin=1.5V

VILmax=0.5V

该 PIN 脚输出 3.8V



开机流程:

VBAT 上电后,PWRKEY 管脚可以用来启动模块,输入超过 100ms 的低电平脉冲时可触发模块开机,推荐 200ms,如使用 USB 接口通讯需等待 6s 再操作 PWRKEY。高电平电压典型值为1.8V。在 STATUS 管脚(需要外部上拉)输出低电平之后,可以释放 PWRKEY 管脚。推荐使用如下两图参考电路来控制 PWRKEY 管脚:

图3开机驱动电路


图4按键开机电路


在拉低 PWRKEY 管脚之前,需保证 VBAT 电压稳定。建议从 VBAT 上电到拉低 PWRKEY 管脚之间的时间间隔不少于 50ms。如不需要控制模块开关机,可以直接将 PWRKEY 管脚使用 10k 电阻下拉到地,模块上电可自动开机。

关机流程:

在模块正常工作状态下发送 AT 命令 AT+QPOWD 时可使模块关机。

备注:

Ø 当 Ø模块正常工作时,不要立即切断模块电源。必须发送 AT 命令 AT+QPOWD 关机或者发送AT+CFUN=0 后,再断开电

源,以避免损坏模块内部的 Flash 数据,否则会有变砖风险。

Ø 使用 AT 命令或 API 关机时,确保在关机命令执行后 PWRKEY 一直处于高电平状态,否则模块完成关机后,会自动再次开机。


4.4 复位

表复位管脚


管脚名称                     管脚号       I/O          描述                       DC 特性                                                  备注

RESET_N

24

DI

复位模块

VIHmax=1.8V VIHmin=1.44V

VILmax=0.36V


使用 RESET_N 管脚,在模块正常工作状态下拉低管脚 150~460ms 后可使模块复位。RESET_N 信号对干扰比较敏感,因此建议在模块接口板上的走线应尽量的短,且需包地处理。参考电路同上(开机电路)。

备注:

Ø 复位功能建议仅仅在使用 AT 命令或 API 接口进行关机均失败后才使用。

Ø 确保 PWRKEY 和 RESET_N 引脚没有大负载电容。


4.5 (U)SIM 接口

(U)SIM 接口符合 ETSI 和 IMT-2000 SIM 卡规范,支持 1.8V 和 3.0V (U)SIM 卡。

表(U)SIM 接口管脚描述


管脚名称                    管脚号        I/O            描述                                             备注

USIM_DETECT

15

DI

(U)SIM 卡拔插检测

需加上拉电阻至 VDD_EXT

USIM_VDD

16

PO

(U)SIM 卡供电电源

支持 1.8V 和 3.0V (U)SIM 卡

USIM_DATA

17

IO

(U)SIM 卡数据信号

需加上拉电阻至 USIM_VDD

USIM_CLK

18

DO

(U)SIM 卡时钟信号

USIM_RST

19

DO

(U)SIM 卡复位信号

USIM_GND

12


(U)SIM 卡专用地

在(U)SIM 接口的电路设计中,为了确保(U)SIM 卡的良好性能和可靠性,在电路设计中建议遵循以下原则:

Ø ( Ø SIM 卡座尽量靠近模块摆放,保证(U)SIM 卡信号线布线长度不超过 150mm。

Ø ( Ø SIM 卡信号线布线远离 RF 线和 VBAT 电源线。

Ø Ø 防止 USIM_CLK 信号与 USIM_DATA 信号相互串扰,两者布线不能太靠近,并且在两条走线之间需增加地屏蔽。

Ø USIM_DATA 上的上拉电阻有利于增加(U)SIM 卡的抗干扰能力,并建议放置在靠近卡座位置。

Ø USIM_DETECT 管脚支持(U)SIM 卡热拔插检测,需加上拉电阻至 VDD_EXT;如果无需使用(U)SIM 卡检测功能,请保持 USIM_DETECT 管脚悬空。

Ø 在 USIM_DATA,USIM_CLK 和 USIM_RST 线路上各串一个 22Ω的电阻,用以抑制杂散EMI,增强 ESD 防护。

Ø 为提高抗静电能力,在 USIM_VDD,USIM_DATA,USIM_CLK 和 USIM_RST 线路上加ESD 防护二极管(结电容不大于 50pF),或者压敏电阻;各线路上再并联 33pF 电容用于滤除GSM900 干扰。(U)SIM 卡的外围器件应尽量靠近(U)SIM 卡座摆放。

Ø (U)SIM 卡座的地与模块的 USIM_GND 之间的布线要短而粗;若客户 PCB 的 GND 很完整,USIM_GND 也可以直接接到 PCB 的 GND。

(U)SIM 接口参考电路如下:


图 5(U)SIM 卡参考电路


4.6 USB 接口

ML810 模块的 USB 接口符合 USB2.0 规范,支持高速(480Mbps),全速(12Mbps) 模式。USB 接口主要应用于 AT 命令、 数据传输、软件调试和固件升级。

表USB 接口管脚描述


管脚名称                    管脚号       I/O           描述                                               备注

USB_DP

75

IO

USB 差分数据信号+

需 90Ω差分阻抗

USB_DM

76

IO

USB 差分数据信号-

需 90Ω差分阻抗

USB_VBUS

77

PI

USB 电源,用于 USB 检测

典型值 5.0V

GND

78


Ø 为降低 USB 高速数据传输时的信号干扰,在 USB_DM 和 USB_DP 线路上串接 R1 和 R2,R1和 R2 均推荐使用 0Ω。在 USB 接口的电路设计中,为了确保 USB 的性能,在电路设计中建议遵循以下原则:

Ø USB_DP 和 USB_DM 走线需要做 90Ω的阻抗控制,不要在晶振、振荡器、磁性装置和 RF 信号下面走 USB 线,建议走内层差分走线且上下左右包地。

Ø 为提高抗静电能力,在 USB_DP 和 USB_DM 线路上加 ESD 防护二极管(结电容不大于3pF),ESD 器件尽量靠近 USB 接口放置 。

USB 接口参考电路如下:

图 6 USB 接口参考电路

备注:

Ø 建议预留 USB 接口或 USB 测试点,用于后续模块固件升级。

Ø USB_VBUS 只用于 USB 检测,不支持充电功能。




4.7 UART 接口

ML810 模块有两个串口:主串口和调试串口。下面描述了这两个串口的主要特性。

Ø 主串口支持 9600bps,19200bps,38400bps,57600bps,115200bps,230400bps, 460800bps,921600bps 波特率,默认波特率为 115200bps,用于数据传输和 AT 命令传送。

Ø 调试串口支持 115200bps 波特率,用于 log 打印。

表主串口管脚描述


管脚名称                    管脚号          I/O         描述                                              备注

RI

68

DO

模块输出振铃提示

1.8V 电源域;不用则悬空

DCD

69

DO

模块输出载波检测

1.8V 电源域;不用则悬空

*RTS(开发中)

70

DI

请求发送

1.8V 电源域;不用则悬空

*CTS(开发中)

71

DO

允许发送

1.8V 电源域;不用则悬空

DTR

72

DI

DTE 准备就绪

1.8V 电源域;不用则悬空

TXD

73

DO

模块发送数据

1.8V 电源域

RXD

74

DI

模块接收数据

1.8V 电源域


表调试串口管脚描述


管脚名称 管脚号 I/O 描述 备注

DBG_RXD

13

DI

模块接收数据

1.8V 电源域;不用则悬空

DBG_TXD

14

DO

模块发送数据

1.8V 电源域;不用则悬空


表串口逻辑电平


参数                               最小值                                           最大值                             单位

VIL

-0.3

0.6

V

VIH

1.2

2.0

V

VOL

0

0.45

V

VOH

1.35

1.8

V



ML810 模块的串口电平为 1.8V。若客户主机系统电平为 3.3V,则需在模块和主机的串口连接中增加电平转换器,推荐使用 TI 公司的 TXS0108EPWR。下图为使用电平转换芯片的参考电路设计:




图 7 UART 接口参考电路

备注:

TXS0108EPWR 要求 VCCA 必须小于等于 VCCB


4.8 PCM 和 I2C 接口

PCM 和 I2C 接口的管脚定义如下表所示:

表 12 PCM 和 I2C 管脚描述

管脚名称                管脚号      I/O        描述                                      备注

PCM_IN

28

DI

PCM 数据输入

1.8V 电源域;不用则悬空

PCM_OUT

29

DO

PCM 数据输出

1.8V 电源域;不用则悬空

PCM_SYNC

30

IO

PCM 数据同步信号

1.8V 电源域;不用则悬空

PCM_CLK

31

IO

PCM 时钟

1.8V 电源域;不用则悬空

I2C_SCL

45

OD

I2C 时钟

需外部 1.8V 上拉;不用则悬空

I2C_SDA

46

OD

I2C 数据

需外部 1.8V 上拉;不用则悬空

ML810 模块提供一路 PCM 接口,支持 16 位线性编码格式,支持短帧模式:模块可做主设备或者从设备,二者选一
数据在 PCM_CLK 下降沿采样,上升沿发送。PCM_CLK 支持 512kHz 语音时钟。


下图为短帧模式时序图(PCM_SYNC=8kHz, PCM_CLK=2048kHz)

图 8 短帧模式时序图

Codec 芯片推荐使用 REALTEK 公司的 ALC5616。下图为带外部 Codec 芯片的 PCM 接口的参考设计:


图 9 PCM 和 I2C 接口参考电路



4.9 ADC 接口

ML810 模块提供两路 ADC 接口:电压范围为 0V~1.3V,分辨率为 12bits。通过 AT 命令能够读取 ADC0/ADC1 管脚电压,可以实现外部温度等采样监控。具体 AT 命令详见 AT 手册。

ADC 接口输入的是模拟信号,容易受到外界干扰,在布线时需要包地处理。

表ADC 管脚描述


管脚名称                    管脚号           I/O       描述                                               备注

ADC1

48

AI

通用模数转换接口 1

不用则悬空

ADC0

49

AI

通用模数转换接口 0

不用则悬空


Ø ADC 接口不能输入超过 1.3V 电压;备注:

Ø 建议 ADC 引脚采用分压电路输入。


4.10 网络状态指示

网络指示信号管脚 NET_MODE 和 NET_STATUS 可用于驱动网络状态指示灯。不同模式的状态指示灯闪烁指示不同的网络状态。

表网络状态指示管脚描述


管脚名称                   管脚号              I/O     描述                                                备注

NET_MODE

5

DO

指示模块的网络注册状态

1.8V 电源域;不用则悬空

NET_STATUS

6

DO

指示模块的网络运行状态

1.8V 电源域;不用则悬空



表网络状态指示管脚的工作状态


管脚名称 管脚工作状态 所指示的网络状态

NET_MODE

高电平

注册 LTE 网络状态

低电平

其他

NET_STATUS

慢闪(200ms 高/1800ms 低)

找网状态

慢闪(1800ms 高/200ms 低)

待机状态

快闪(125ms 高/125ms 低)

数据传输模式

高电平

通话中




图 10 网络状态指示灯参考电路


4.11 STATUS

STATUS 管脚用于指示模块的工作状态,为开漏输出。当模块正常开机,将输出低电平。可将此管脚连接至设备带上拉的 GPIO 或 LED 指示灯。

表STATUS 管脚描述


管脚名称 管脚号 I/O 描述 备注

STATUS

67

OD

指示模块的工作状态

需要外部上拉;不用则悬空


下图为两种不同的 STATUS 参考电路设计,可根据应用需求选择其中任意一种。



图 11 STATUS 参考电路


4.12 RI 信号

客户可以用 AT+QCFG="risignaltype","physical"命令来配置 RI 指示动作。不管通过哪个口上报 URC 信息,物理 RI 都会有指示作用。

RI 作为指示信号可以有多种方式,默认的指示方式如下:

表RI 指示方式


状态                           RI 信号

Idle

高电平

URC

新的 URC 返回时 RI 会有 120ms 的低电平


备注:

Ø 通过 AT+QURCCFG 命令,可将主串口、USB AT 端口或 USB 调制端口设置为 URC 输出串口。默认为 USB AT 端口。

Ø RI 的指示方式可以用 AT+QCFG="urc/ri/ring"来配置。


4.13 USB_BOOT 接口

在模块开机前将 USB_BOOT 和 VDD_EXT 短接,再开机时模块将进入紧急下载模式。在此模式下,模块可通过 USB 接口进行软件升级。

表USB_BOOT 管脚描述


管脚名称                    管脚号         I/O         描述                                               备注

USB_BOOT

22

DI

紧急下载模式控制

1.8V 电源域;高电平有效;

建议预留测试点



USB_BOOT 接口参考设计如下:


图 12 USB_BOOT 参考设计电路





5.天线接口

ML810 模块天线接口包含一个主天线和一个分集天线。丰富的天线接口可以提高模块无线接入性能。天线接口阻抗值要求达到 50 欧姆。

表射频天线管脚描述


管脚名称                   管脚号              I/O     描述                                              备注

ANT_MAIN

55

IO

主集天线

50Ω阻抗

ANT_DIV

39

AI

分集天线

50Ω阻抗



5.1 射频参考电路

ANT_MAIN 和 ANT_DIV 天线连接参考设计电路如下图所示:

图 13 天线接口


5.2 天线要求

主天线和分集天线的要求如下表所示:

表天线要求


类型                                          要求

GSM/WCDMA/LTE

VSWR:<2

增益(dBi):1

最大输入功率(W):50

输入阻抗(Ω):50

极化类型:垂直方向

线缆插入损耗:< 1dB

(GSM900,WCDMA B8,LTE B5/B8)

线缆插入损耗:< 1.5dB

(GSM1800, WCDMA B1/B8, LTE B1/B3/B39)

线缆插入损耗:< 2dB

(LTE B38/B40/B41)



5.3 射频指标

表工作频率

频段               上行频率                                         下行频率                               双工方式

GSM900

880MHz – 915MHz

925MHz – 960MHz

GSM

GSM1800

1710MHz– 1785MHz

1805MHz – 1880MHz

GSM

WCDMA B1

1920MHz –1980MHz

2110MHz – 2170MHz

WCDMA

WCDMA B8

880MHz – 915MHz

925MHz – 960MHz

WCDMA

LTE B1

1920MHz –1980MHz

2110MHz – 2170MHz

FDD

LTE B3

1710MHz– 1785MHz

1805MHz – 1880MHz

FDD

LTE B5

824MHz – 849MHz

869MHz – 894MHz

FDD

LTE B8

880 MHz–915 MHz

925 MHz–960 MHz

FDD

LTE B38

2570MHz– 2620MHz

2570MHz– 2620MHz

TDD

LTE B39

1880MHz– 1920MHz

1880MHz– 1920MHz

TDD

LTE B40

2300MHz– 2400MHz

2300MHz– 2400MHz

TDD

LTE B41

2555MHz– 2655MHz

2555MHz– 2655MHz

TDD

表发射功率

频段                                                                         最大值                                                      最小值

GSM900

33dBm±2dB

5dBm±5dB

DCS1800

30dBm±2dB

0dBm±5dB

GSM900 (8-PSK)

27dBm±3dB

5dBm±5dB

DCS1800 (8-PSK)

26dBm±3dB

0dBm±5dB

WCDMA B1/B8

24dBm+1/-3dB

<-50dBm

LTE

FDD B1/B3/B5/B8

23dBm±2.7dB

<-44dBm

LTE TDD B38/B39/B40/B41

23dBm±2.7dB

<-44dBm


表接收灵敏度






5.4 工作温度

模块推荐在-35~+75℃环境下工作。建议应用端在环境恶劣条件下考虑温控措施。同时提供模块的扩展工作温度范围,此温度条件下,可能某些 RF 指标会超标。

表 28 工作温度

参数                       最小                                     典型                                         最大                     单 位

正常工作温度

-35

+25

+75

扩展工作温度

-40

+85


6 机械特性

6.1 模块结构尺寸



图 17 模块顶部及侧视尺寸图

图 18 模块底部尺寸图





6.2模块俯视及底视图



图 20 模块俯视图



图 22 模块底视图


6.3附录 B GPRS 多时隙

表GPRS 不同等级的多时隙分配表


备注:

Active slots 表示 GPRS 设备上行、下行通讯可以同时使用的总时隙数。