GSM模塊TC35及外圍電路設(shè)計(jì)

介紹了Siemens公司的GSM模塊TC35、TI公司的電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3238，以及由其組成的移動終端，指出了實(shí)際設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題和解決辦法。

1. 引言
    隨著通信事業(yè)的發(fā)展，移動通信應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，移動終端的設(shè)計(jì)也逐漸倍受關(guān)注。本文詳細(xì)介紹了 Siemens公司的GSM模塊TC35、TI公司的電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3238等器件，及其構(gòu)成的移動終端的硬件電路。該設(shè)計(jì)可以完成短消息收發(fā)、語音傳輸、與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ埽褢?yīng)用在基于GSM短消息的GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)中。

2. TC35模塊
    TC35是Siemens公司推出的新一代無線通信GSM模塊，可以快速安全可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(wù)(Short Message Service)和傳真。模塊的工作電壓為3.3 －5.5V，可以工作在900MHz和1800MHz兩個(gè)頻段，所在頻段功耗分別為2W（900M）和1W（1800M）。模塊有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三組的二類傳真、以及2.4k，4.8k，9.6k的非透明模式。此外，該模塊還具有電話簿功能、多方通話，漫游檢測功能，常用工作模式有省電模式、IDLE、TALK等模式。通過獨(dú)特的40引腳的ZIF連接器，實(shí)現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號、及控制信號的雙向傳輸。通過 ZIF連接器及50Ω天線連接器，可分別連接SIM卡支架和天線。

    TC35模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF連接器、天線接口六部分組成。作為TC35 的核心，基帶處理器主要處理GSM終端內(nèi)的語音、數(shù)據(jù)信號，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù)字功能。在不需要額外硬件電路的前提下，可支持FR、 HR和EFR語音信道編碼。

 
圖1 TC35功能框圖

3. 外圍應(yīng)用電路
    TC35模塊的正常運(yùn)行需要相應(yīng)的外圍電路與其配合。TC35共有40個(gè)引腳，通過ZIF連接器分別與電源電路、啟動與關(guān)機(jī)電路、數(shù)據(jù)通信電路、語音通信電路、SIM卡電路、指示燈電路等連接。如圖2所示，

 
圖2 TC35 的外圍電路連接

3.1 電源及啟動電路
    電源電路分為充電電池和穩(wěn)壓電源模塊兩部分：充電電池主要為整個(gè)系統(tǒng)提供3.6V工作電電壓，同時(shí)產(chǎn)生MAX3238所需要的高電平；TI公司的三端電源模塊UA7806將外部＋12V直流電源轉(zhuǎn)換為＋6V，連到ZIF連接器的11、12引腳，在充電模式下，為TC35提供＋6V、500mA的充電電壓。

    啟動電路由開漏極三極管和上電復(fù)位電路組成。模塊上電10ms后(電池電壓須大于3V)，為使之正常工作，必須在15腳(/IGT)加時(shí)長至少為100ms的低電平信號，且該信號下降沿時(shí)間小于1ms。啟動后，15腳的信號應(yīng)保持高電平。下圖所示，為啟動電路產(chǎn)生的信號，從中可以看出 10ms的延時(shí)和100ms的低電平。

 
圖3 采集到的啟動信號降沿

3.2 數(shù)據(jù)通信電路
    數(shù)據(jù)通信電路主要完成短消息收發(fā)、與PC機(jī)通信、軟件流控制等功能。TC35的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，符合ITU-T RS-232接口電路標(biāo)準(zhǔn)，工作在CMOS電平(2.65V)。數(shù)據(jù)接口配置為8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗(yàn)位，可以在300bps～115kbps的波特率下運(yùn)行，支持的自動波特率為4.8kbps～115kbps（14.4kbps和28.8kbps除外）。TC35模塊還支持RTS0/CTS0的硬件握手和XON/XOFF的軟件流控制。
    數(shù)據(jù)通信電路以TI公司的MAX3238芯片為核心，實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換及串口通信功能。
   TI公司的MAX3238芯片供電電壓為3～5.5V，符合TIA/EIA-232-F 和ITU v.28標(biāo)準(zhǔn)。具有獨(dú)特的±15KV人體靜電保護(hù)措施，兼容5V邏輯輸入，內(nèi)含3路接收、5路發(fā)送串行通信接口，最大數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)250 kbps。該芯片的最大特點(diǎn)是，在串行口無數(shù)據(jù)輸入的情況下，可以靈活的進(jìn)行電源管理，即當(dāng)FORCEON(13腳)為低電平、/FORCEOFF(14 腳)為高電平時(shí)，Auto-Powerdown Plus功能有效。在正常運(yùn)行模式下，約30秒事件內(nèi)若芯片在接收和發(fā)送引腳沒有檢測到有效信號，將自動進(jìn)入Powerdown模式，此時(shí)耗電1uA。如果FORCEON和/FORCEOFF引腳均為高電平，那么Auto-Powerdown Plus功能失效。在Auto-Powerdown Plus功能有效的時(shí)，如果檢測到接收或發(fā)送引腳有信號輸入，該芯片自動被激活，轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)。如果任一接收通道的輸入電壓高于2.7V或小于- 2.7V，或者位于-0.3V～0.3V的時(shí)間小于30uS，則/INVALID(15腳)引腳為高電平(數(shù)據(jù)有效)。如果所有接收通道的輸入電壓位于- 0.3V～0.3V的時(shí)間大于30uS，則/INVALID(15腳)引腳為低電平(數(shù)據(jù)無效)。

    該芯片的以上特性，滿足了TC35作為移動終端的3路接收、5路發(fā)送電路連接要求。在MAX3238與ZIF連接器相應(yīng)引腳連接時(shí)，要注意發(fā)送、接收引腳連接正確。MAX3238還需要連接4個(gè)0.1uF的電容配合，才能完成電平轉(zhuǎn)換功能。TC35模塊通過RS-232接口各引腳輸出的信號有 RxD0、CTS0、DSR0、DCD0、RING0，輸入的信號為TxD0、RTS0、DTR0。
    由于TC35的接口電路使用了9針串口的全部引腳，使TC35可以獲得DTR0、DSR0、DCD0和RING0控制信號。信號RING0用來向蜂窩設(shè)備指示接收到Unsolicited Result Code (URC)。通過AT指令，可以設(shè)置TC35的不同運(yùn)行模式。

3.3 語音通信電路
    由于TC35的GSM基帶處理器內(nèi)集成了音頻濾波、 ADC、DAC、語音合成等部分，所以模塊語音接口的外圍電路連接相對簡單。TC35有兩個(gè)語音接口，每個(gè)接口均有模擬麥克輸入和模擬耳機(jī)輸出。為了適合不同的外設(shè)，模塊共有6種語音模式，可通過指令A(yù)T^SNFS選擇。第一個(gè)語音接口的默認(rèn)配置為Votronic HH-SI-30.3/V1.1/0手持話筒，語音模式為1(默認(rèn))、4、5，其中模式1參數(shù)固定。第二個(gè)語音接口為頭戴式耳機(jī)和麥克設(shè)置，語音模式為 2、3、6。
    為了防止從麥克風(fēng)和耳機(jī)導(dǎo)線引入高頻干擾，影響TC35的正常運(yùn)行。設(shè)計(jì)電路時(shí)，在麥克風(fēng)、耳機(jī)、以及手持聽筒的插孔處都接有電感。此外，考慮到靜電保護(hù)的因素，所有語音信號輸入端都通過電容與GND耦合。

3.4 SIM卡電路
    基帶處理器集成了一個(gè)與ISO 7816-3 IC Card標(biāo)準(zhǔn)兼容的SIM接口。為了適合外部的SIM接口，該接口連接到主接口(ZIF連接器)。在GSM11.11為SIM卡預(yù)留5個(gè)引腳的基礎(chǔ)上， TC35在ZIF連接器上為SIM卡接口預(yù)留了6個(gè)引腳，所添加的CCIN引腳用來檢測SIM卡支架中是否插有SIM卡。當(dāng)插入SIM卡，該引腳置為高電平，系統(tǒng)方可進(jìn)入正常工作狀態(tài)。但是目前移動運(yùn)營商所提供的SIM卡均無CCIN引腳，所以在設(shè)計(jì)電路時(shí)將引腳CCIN與CCVCC相連。
    在設(shè)計(jì)中為SIM卡布線時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)值得引起注意問題：如果將SIM卡的第四腳CCGND直接與印刷電路板的GND相連，不作任何信號的隔離保護(hù)，則通話時(shí)音量很小。考慮到設(shè)計(jì)中的電磁兼容和靜電保護(hù)等因素，為了達(dá)到最佳的通話效果，采用在SIM支架下，即印刷電路板的頂層敷設(shè)一層銅隔離網(wǎng)，該層敷銅與SIM卡的CCGND引腳相連，CCGND和電路板的GND之間通過兩個(gè)并聯(lián)的電容和電感耦合。此舉為SIM卡構(gòu)成了一個(gè)隔離地，屏蔽了其他信號線對SIM卡的干擾。再進(jìn)行語音通話時(shí)，話音清晰。

4. 結(jié)束語
    由Siemens公司的GSM模塊TC35及其外圍電路構(gòu)成的移動終端，可以很好的完成短消息收發(fā)、數(shù)據(jù)和語音通信。該移動終端結(jié)合Rockwell公司的Jupiter GPS OEM板，并由單片機(jī)控制而組成的車載移動單元，可以很好的完成利用GSM短消息傳送車輛定位信息的工作。