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1 Data Sheet NB-IoT 通信模块 DS V1.01 Date: 2018/08/02 产品数据手册 概述 产品特性 ZM7100X 是广州致远电子有限公司自主研发的一款高性能 低功耗 低成本 大连接的 NB-IoT 尺寸为 16mm 18mm, 是最小的标准尺寸, 能满足终端设备对小尺寸模块产品的需求, 已支持主流的 OneNet 云 天翼云和阿里云, 能够最大程度地拿到运营商补贴 ZM7100X 采用 LCC+LGA 封装, 为客户提供可靠的连接方式, 易于批量生产 采用 SMT 贴片技术, 使 ZM7100 具有高可靠性, 可以满足多种环境下的应用需求 工作电压 :2.5~5 V PSM 模式下电流 :2uA@3.3V 发射功率 :23 dbm±2db 灵敏度 :-116dBm±1dB@180K( 非重传 ) -135 dbm±1db@180k( 重传 ) 上行传输速率 :16.7kbps(Single-Tone) 62.5kbps(Multi-Tone) 下行传输速率 : 25.5kbps(Single-Tone) 25.5kbps(Multi-Tone) 短信业务 : 点对点 MO MT 支持 Text PDU 模式 云平台 :OneNET & ecloud & Aliyun 协议支持 :TCP/UDP/IPV4/IPV6/Non-IP DTLS/CoAP/LwM2M AT 支持 : 支持标准 3GPP AT 指令 USIM 接口 :1.8V/3.0V USIM 卡 串口 :UART1 UART2 支持 1 路 ADC 1 路 DAC 支持 1 路 I2C 支持 1 路电池插拔检测 支持 6 个 GPIO 支持 3 路比较器 长 宽 高 : (mm) 产品应用 智慧城市 智能交通 智能表计 智慧水务 可穿戴智能设备 智能建筑 智慧物流 智能安防 智能家居 农业物联网 订购信息 型号 温度范围 封装 网络制式 ZM7100T -40 C ~ LCC Band5@H-FDD +85 C 贴片 850MHz ZM7100M -40 C ~ LCC Band8@H-FDD +85 C 贴片 900MHz 注 : 天线接口由模块管脚引出

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3 目录 1. 功能简介 尺寸图 接口 引脚排列 引脚定义 电气参数 工作和存储温度 工作条件 产品功耗 射频参数 生产指导 推荐回流温度曲线 硬件设计注意事项 电源设计 开关机设计 复位控制设计 USIM 接口设计 UART 接口设计 主串口 UART 通用串口 UART I2C 接口 ADC 接口 DAC 接口 系统状态指示 休眠唤醒控制接口 GPIO 接口 电池插拔检测接口 比较器接口 RF 天线接口 EMC 和 ESD 建议 免责声明

4 1. 功能简介 ZM7100X 模块是广州致远电子有限公司基于中兴微电子技术有限公司的 RoseFinch7100 芯片自主研发的一款无线通信产品 模块采用全新的基于蜂窝网络的窄带物联网技术, 支持物联网设备在广域网的蜂窝数据连接, 可直接部署于 LTE 网络, 具有广覆盖 低功耗 低成本 大连接等优势 而且其超小的尺寸 超低的功耗和超宽的工作温度 工作电压范围, 使 ZM7100X 成为 IoT 应用领域的最佳选择, 可以广泛应用于水表 燃气表 烟感 共享单车 智能锁 智能追踪 智能停车 农业和环境监测等各个行业 为了保证无线模块的射频性能, 模块设计时, 我司选用了专用的射频板材以及射频元器件进行设计 生产中, 我司对每个模块都进行了全面的射频测试, 确保每个模块到用户手中都是可靠使用的 图 1.1 ZM7100X 外观图 1

5 2. 尺寸图 ZM7100X 无线模块的尺寸图如图 2.1 所示 ( 单位 :mm) 图 2.1 产品尺寸图 2

6 3. 接口 3.1 引脚排列 ZM7100X 模块共有 61 个引脚, 其中 40 个为 LCC 引脚,21 个为 LGA 引脚 如图 3.1 所示 图 3. 1 引脚排列 ( 顶视 ) 3.2 引脚定义 ZM7100X 模块共有 61 个引脚, 具体定义如表 3.1 所示 表 3. 1 ZM7100X 模块引脚定义 模块引脚 名称 电源域 I/O 功能描述 1 UART2_TXD VDDIO(1.8~3.6V) O 串口 2 的 TXD 2 UART2_RXD VDDIO(1.8~3.6V) I 串口 2 的 RXD RESERVED - 7 UART1_CTS VDDIO(1.8~3.6V) O 串口 1 的 CTS 8 UART1_RTS VDDIO(1.8~3.6V) I 串口 1 的 RTS 9 UART1_TXD VDDIO(1.8~3.6V) O AT 命令接口 TXD 10 UART1_RXD VDDIO(1.8~3.6V) I AT 命令接口 RXD 11 USIM_DET VDDIO(1.8~3.6V) I 外部 SIM 插拔检测 12 USIM_RST 1.8/3.0V O 外部 SIM 卡复位信号 3

7 13 USIM_CLK 1.8/3.0V O 外部 SIM 卡时钟信号 14 USIM_DATA 1.8/3.0V IO 外部 SIM 卡数据信号 15 USIM_VCC 1.8/3.0V O 外部 SIM 卡电源 16 WAKEUP_OUT VDDIO(1.8~3.6V) O 唤醒输出接口 17 RESET 同 VCC(2.5~5V) I 复位, 低电平有效 18 WAKEUP_IN VDDIO(1.8~3.6V) I 唤醒输入接口 19 POWER_ON 同 VCC(2.5~5V) I 开关机信号输入 20 VDD VDDIO(1.8~3.6V) IO IO 口电源 21 SYS_STATE VDDIO(1.8~3.6V) IO 网络状态指示 GND 0V ANT - IO 天线引脚 VCC 2.5~5V I 电源输入 34 GPIO10 VDDIO(1.8~3.6V) IO 通用 IO 口 35 GPIO16 VDDIO(1.8~3.6V) IO 通用 IO 口 36 I2C_SCL VDDIO(1.8~3.6V) O I2C 接口时钟 37 I2C_SDA VDDIO(1.8~3.6V) O I2C 接口数据 38 ADC 0~3.6V I 模数转换接口 43 DAC 输出, 可用作 1.8V O DAC GPIO 44 GPIO18 VDDIO(1.8~3.6V) IO 通用 IO 口 45 GPIO22 VDDIO(1.8~3.6V) IO 通用 IO 口 47 GPIO17 VDDIO(1.8~3.6V) IO 通用 IO 口 54 GPIO23 VDDIO(1.8~3.6V) IO 通用 IO 口 55 VBAT_DET 0~VCC I 电池插拔检测接口 注 : 1. RESERVED 代表该引脚悬空不要连接 2. 可用作 GPIO 口的所有引脚接口在使用时需串接 50Ω 电阻 4

8 4. 电气参数 4.1 工作和存储温度 表 4. 1 工作条件及存储温度 参数 范围 单位 工作温度 -40 ~ +85 储存温度 -40 ~ 工作条件 表 4. 2 输入电压范围 模块引脚 范围 单位 VCC +2.5 ~ +5 V VDD +1.8 ~ +3.6 V GND 0 V 模块供电电压低于最小输入电压, 可能导致模块工作不稳定 如果超出输入电压的最大 值, 则非常容易损坏模块 用户在使用本模块时, 电源设计指标需在表 4.2 输入电压范围以 内 4.3 产品功耗 表 4. 3 功耗参数 (25 正常工作下测试 ) 工作模式 状态描述 功耗大小 PSM 省电模式 2uA@3.3V 发射 0dBm 60mA@3.3V TX 发射 23dBm 350mA@3.3V RX 接收 50mA@3.3V 1.28s 1.28mA IDLE_DRX 2.56s 0.65mA 5

9 5. 射频参数 传导发射功率是衡量 ZM7100X 模块的一个重要参数 它是在天线端口测试的模块最大能发射的功率 ZM7100X 模块的传导发射功率范围如表 5.1 所示 表 5. 1 传导发射功率 型号 频段 发射功率 ZM7100T LTE Band5 23 dbm±2 db ZM7100M LTE Band8 23 dbm±2 db 接收灵敏度是衡量 ZM7100X 模块的另一个重要参数, 典型的测试值如表 5.2 所示 表 5. 2 传导接收灵敏度 型号频段非重传接收灵敏度重传接收灵敏度 ZM7100T LTE Band5-116 dbm±1 db@180k -135 dbm±1 db@180k ZM7100M LTE Band8-116 dbm±1 db@180k -135 dbm±1 db@180k 注 : 通过取测试样例平均值得出 6

10 6. 生产指导 6.1 推荐回流温度曲线 图 6.1 推荐温度曲线表 6.1 推荐参数 Profile Feature 曲线特征 Sn-Pb Assembly Pb-Free Assembly Solder Paste 锡膏 Sn63/Pb37 Sn96.5/Ag3/Cu0.5 Preheat Temperature min (Tsmin) 最小预热温度 Preheat Temperature max (Tsmax) 最大预热温度 Preheat Time (Tsmin to Tsmax) (ts) Average ramp-up rate (Tsmax to Tp) 预热时间 sec sec 平均上升速率 3 /second max 3 / second max Liquidous Temperature (TL) 液相温度 Time (tl) Maintained Above (TL) 液相线以上的时间 sec sec Peak temperature (Tp) 峰值温度 Average ramp-down rate (Tp to Tsmax) 平均下降速率 6 / second max 6 / second max Time 25 to peak temperature 25 到峰值温度的时 间 6 minutes max 8 minutes max 7

11 7. 硬件设计注意事项 7.1 电源设计模块的电源设计对其性能至关重要 为了确保更好的电源供电性能, 在靠近模块 VCC 输入端, 建议并联一个低 ESR(ESR<0.7Ω) 的 100μF 的钽电容, 以及 100nF 100pF 和 22pF 的滤波电容 同时, 建议在靠近 VCC 输入端增加一个 TVS 管以提高模块的浪涌电压承受能力 原则上 VCC 走线越长, 线宽要求越宽, 模块峰值电流最大为 350mA, 电源设计需要留有裕量 建议走线宽度按照至少 800mA 通流能力设计 这里给出 VCC 电源参考设计, 如图 7.1 所示 图 7. 1 电源 VCC 设计原理图 VDD 为芯片的 IO 口提供电源, 电压范围要求 1.8V~3.6V, 电流能力要求不低于 50mA, 为了保证电源可靠性, 要求靠近 VDD 输入端并联一个 1μF 及一个 100nF 电容 如图 7.2 所示 图 7. 2 电源 VDD 设计原理图 7.2 开关机设计模块硬件开关机控制信号 POWER_ON, 低电平有效 开机有如下几种方式 : 默认上电开机, 直接将 POWER_ON 管脚接地 使用开关控制, 开关必须为拨动开关, 关机电压必须上拉到 VCC; 上拉电阻建议选择 100k, 参考电路如图 7.3 所示 VCC GND POWER_ON S R1 100k C4 1μF R2 0Ω GND 图 7. 3 电源 VCC 设计原理图 8

12 MCU 通过 POWER_ON 管脚控制模块开关机, 要注意电平匹配,POWER_ON 关机电 平必须是 VCC, 上拉电阻建议选择 100k, 并联 1uF 电容及 TVS 管到地, 参考设计如图 7.4 所示 E 1 C 图 7. 4 电源 VCC 设计原理图 7.3 复位控制设计模块硬件复位信号 RESET, 低电平有效, 时间大于 100ms 模块内部复位管脚有上拉电阻 外部电路设计需要注意电平匹配及 ESD 保护 模块复位有如下几种方式 : MCU 控制模块复位, 参考电路如图 7.5 所示 E C 图 7. 5 电源 VCC 设计原理图 按键控制复位管脚复位 参考电路如图 7.6 所示,TVS 管尽量靠近按键放置 S1 Module RESET TVS GND GND 图 7.6 按键控制复位设计原理图 7.4 USIM 接口设计模块提供了符合 ISO 标准的 SIM 卡接口, 模块可自适应 1.8V/3.0V 的 USIM 卡, 接口定义如表 7.1 所示 表 7.1 SIM 卡接口定义 管脚名称 管脚序号 功能描述 备注 USIM_DET 11 外部 SIM 卡插拔检测 在 SIM_DET 信号路径上会有持续漏电流 USIM_RST 12 外部 SIM 卡复位信号 - USIM_CLK 13 外部 SIM 卡时钟信号 - USIM_DATA 14 外部 SIM 卡数据信号 外部电路设计上拉 10kΩ 电阻到 USIM_VCC 9

13 USIM_VCC 15 外部 SIM 卡电源 - 注意事项 : 建议 PCB 走线从模块 LCC 接口到 SIM 卡座长度不超过 100mm, 避免因走线过长使波 形发生畸变, 从而影响信号质量 建议设计时 SIM 卡的数据线 (USIM_DATA) 和时钟 线 (USIM_CLK) 包地处理, 提高抗干扰能力 建议在 SIM 卡座附近采取 ESD 防静电措施, 防静电器件管需要尽可能靠近 SIM 卡座, 选用额定反向工作电压 V RWM =5V, 结电容 Cj<5pF 的器件 USIM_DET 使用建议, 因 USIM_DET 信号外部需配置默认上下拉电阻, 会产生持续的 漏电流 使用 USIM_DET 功能时, 建议选择 SIM 卡座为插入断开式的 ( 和 GND 断开 ), 此种卡座在 SIM 卡插入时不存在漏电, 拔出时有漏电, 漏电流为 VDDIO/R( 上拉电阻 ) 外部 USIM 卡座参考设计如图 7.7 所示 图 7. 7 电源 VCC 设计原理图 7.5 UART 接口设计模块提供 2 组 UART, 其中一组为低功耗 UART 通讯接口, 一组为普通 UART 接口 表 7.2 UART 接口引脚定义 管脚名称 管脚序号 电压域 功能描述 备注 UART2_TXD 1 VDD(1.8~3.6V) 串口 2 TXD 通用 UART UART2_RXD 2 VDD(1.8~3.6V) 串口 2 RXD 通讯接口 UART1_CTS 7 VDD(1.8~3.6V) 串口 1 CTS UART1 的流控, UART1_RTS 8 VDD(1.8~3.6V) 串口 1 RTS 可用作 GPIO UART1_TXD 9 VDD(1.8~3.6V) AT 命令接口 TXD 低功耗串口, 用于 UART1_RXD 10 VDD(1.8~3.6V) AT 命令接口 RXD AT 命令传输 主串口 UART1 主串口可用于 AT 命令传送和数据传输, 此时其波特率为 9600bps 支持 2 线和 4 线模 式 如果不需使用 4 线 UART, 则 UART1_RTS UART1_CTS 可做 GPIO 口使用 主串口在 PSM 模式下无法正常收发数据 但是可以通过外部中断信号或者内置 RTC 中 断唤醒 由于 UART1_RXD 信号脚同时是外部中断唤醒管脚, 通过外部电路可以在 PSM 模 式下实现 AT 命令唤醒 此时第一次 AT 命令仅作为中断唤醒信号, 模块无法响应 AT 命令, 第二次 AT 命令可以正常接收回复 实现方式 : 硬件上需要在 UART1_RXD 管脚增加一个 100kΩ 上拉电阻到 VDD, 软件上 在系统进入 PSM 模式前将 UART1_RXD 管脚配置为中断输入, 第一次命令作为中断唤醒信 号唤醒模块, 模块唤醒后将 UART1_RXD 信号重新配置为 UART1, 第二次 AT 命令能够正 常通讯 10

14 该应用中要求 VDD 电源必须为长供电电源, 不可关闭 主串口参考电路如图 7.8 所示 由于 UART1 是由 VDD(1.8~3.6V) 供电的, 所以使用时需要确保外部串口芯片的输出电压与 VDD 供电电压相匹配 VDD 通用串口 UART2 Module RXD TXD CTS RTS R5 100k PC TXD RXD RTS CTS GND GND DCE DTE 图 7. 8 电源 VCC 设计原理图 通用串口在 PSM 模式下无法正常工作 当不需要使用 UART 功能时, 可用作 GPIO 接口 由于 UART2 是由 VDD(1.8~3.6V) 供电的, 所以使用时需要确保外部串口芯片的输出电平 与 VDD 供电电压相匹配 7.6 I2C 接口 I2C 接口电平是由 VDD(1.8~3.6V) 决定的, 所以与外部器件连接时注意电平匹配 外 部需要 4.7k 上拉电阻 支持 100kbit/s 400 kbit/s 3.4Mbit/s 传输速率 表 7.3 I2C 接口 管脚名称管脚序号功能描述备注 I2C_SCL 36 I2C 接口时钟外部需要 4.7k 上拉电阻 I2C_SDA 37 I2C 接口数据 7.7 ADC 接口 模块提供一个 12 位模数转换输入接口来测量电压值, 输入范围为 0~3.6V 电路设计 建议预留串位及并位电容位置,PCB 走线需要远离其他干扰信号, 需要包地保护 表 7.4 ADC 接口 管脚名称管脚序号功能描述备注 ADC 38 模数转换接口输入范围 0~3.6V 7.8 DAC 接口 模块提供一个 12 位的数模转换输出接口, 可用于输出正弦波,PWM 波, 锯齿波等, 不用时可作为 GPIO 使用 注意用作模拟输出时,PCB 走线需要远离其他干扰信号, 需要包地保护 表 7.5 DAC 接口 管脚名称管脚序号功能描述备注 DAC 43 数模转换接口参考电压为 1.8V 7.9 系统状态指示 SYS_STATE 信号可以用来指示模块的网络状态 参考电路如图 7.9 所示 表 7.6 SYS_STATE 接口 管脚名称管脚序号功能描述备注 11

15 SYS_STATE 21 网络状态指示注册到网络上时输出高电平 VCC LED Module R10 2.2k SYS_STATE R7 4.7k R6 47k B Q2 GND 图 7.9 SYS_STATE 指示参考电路 7.10 休眠唤醒控制接口休眠唤醒功能, 模块定义了 2 个信号线 (WAKEUP_OUT 和 WAKEUP_IN), 分别用于模块唤醒 DET 和 DET 唤醒模块 表 7.7 休眠唤醒接口 管脚名称 管脚序号 功能描述 备注 WAKEUP_OUT 16 唤醒输出接口 模块中断引脚 WAKEUP_IN 18 唤醒输入接口 ( 中断 ) 模块中断引脚 7.11 GPIO 接口模块引脚中定义的 GPIO 引脚, 其中 GPIO10 GPIO16 GPIO17 可复用为外部中断管脚, 当作为中断使用时, 需要外部增加上下拉电阻 表 7.8 GPIO 接口 管脚名称 管脚序号 复用描述 备注 GPIO10 34 ext_init5 中断功能时需要加上下拉电阻 GPIO16 35 ext_init6 中断功能时需要加上下拉电阻 GPIO GPIO17 47 ext_init7 中断功能时需要加上下拉电阻 GPIO GPIO 电池插拔检测接口模块提供一个电池插拔检测管脚, 输入电压最大值为 VCC 供电电压 表 7.9 VBAT_DET 接口 管脚名称 管脚序号 功能描述 备注 VBAT_DET 55 电池插拔检测接口 输入电压不超过 VCC 芯片内部有一个电池插拔检测控制寄存器, 可设置检测电流值, 如表 7.10 所示, 及检 测间隔周期 (8Bit 计数器 ), 检测间隔周期越长功耗越低, 最长检测周期间隔 254 个 kHz 时钟周期 表 7.10 VBAT_DET 检测电流档位表 检测电流设置寄存器 检测电流档位 μA 12

16 01 200μA μA μA 电池插拔检测参考电路如图 7.10 所示,VBAT_DET 直连到电池供电正极, 并通过一个串联二极管后给模块 VCC 主电源供电 7.10 电池插拔检测参考电路 注意事项 : 1. VBAT_DET 管脚直接连接电池, 在路径上不要有电容,ESD 保护器件电容要求小 于 5pF; 2. D5 为隔离二极管, 选择要求正向导通压降小于 0.7V@1A( 越小越好 ), 反向漏电 流小于 200μA( 越小越好 ); 3. 超级电容选择需要依据电池拔出后模块需要工作多长时间进行选择, 除超级电容外 建议并联 100nF 100pF 22pF 的电容到地 ; 4. 电容插拔检测功能, 以 200μA 检测档位, 以最大 254 个 kHz 时钟检测周期 间隔计算, 工作功耗 <1μA 7.13 比较器接口 模块提供 3 路通用比较器输入接口, 主要完成对两个信号的比较, 输出比较结果 比 较结果可以配置为高或者低有效 比较器功能通过模块的引脚复用功能实现, 具体引脚定义 如表 7.11 所示 表 7.11 比较器引脚定义 管脚序号 电压域 功能描述 备注 8 VDD(1.8~3.6V) comp_inp0 复用为比较器 0 输入 P 7 VDD(1.8~3.6V) comp_inn0 复用为比较器 0 输入 N 36 VDD(1.8~3.6V) comp_inp2 复用为比较器 2 输入 P 1 VDD(1.8~3.6V) comp_inn2 复用为比较器 2 输入 N - VDD(1.8~3.6V) comp_inp1 正在开发 - VDD(1.8~3.6V) comp_inn1 正在开发 7.14 RF 天线接口 模块 RF 天线输出接口为邮票孔的形式, 在设计时应该用 50ohm 特征阻抗的走线来连接 用户的 PCB 板, 走线尽量短且走直线, 在需要转弯时不要走锐角 直角, 可以走圆弧线, 圆弧半径不小于 3 倍线宽 在天线选型的过程中对天线的参数选择和应用有如下注意事项 : 1. 天线的工作频率和本模块的工作频率应该一致 ; 2. 天线的电压驻波比 (VSWR) 建议小于 2, 且应该具备合适的带宽 ; 3. 天线的输入阻抗应为 50 ohm; 13

17 4. 当天线放置在模具内部时, 应咨询天线设计厂家 7.15 EMC 和 ESD 建议 1. 模块底板设计上要求在通讯接口及 GPIO 口上串联 50Ω 左右的电阻, 防止浪涌及 ESD; 2. 模块焊接 组装和实验室测试过程中注意管控周边环境及操作人员的 ESD; 3. 模块 USIM 卡外接接口需要添加 TVS 防护 ; 4. 模块 RESET POWER_ON 等控制信号要增加 1kΩ 串联电阻及 100nF 对地电容进行防 护, 电容布局位置尽量靠近模块接口 ; 5. 模块周围地平面要保持完整, 不要进行分割 注 :ZM7100X 模块内部未经过任何过压保护措施 14

18 8. 免责声明 应用信息本应用信息适用于 ZM7100X 的开发设计 客户在开发产品前必须根据其产品特性给与修改并验证 修改文档的权利本手册所陈述的产品文本及相关软件版权均属广州致远电子有限公司所有, 其产权受国家法律绝对保护, 未经本公司授权, 其它公司 单位 代理商及个人不得非法使用和拷贝, 否则将受到国家法律的严厉制裁 广州致远电子有限公司保留在任何时候修订本用户手册且不需通知的权利 您若需要我公司产品及相关信息, 请及时与我们联系, 我们将热情接待 15

19 销售与服务网络 广州致远电子有限公司 地址 : 广州市天河区车陂路黄洲工业区 7 栋 2 楼邮编 : 传真 :(020) 网址 : 全国销售与服务电话 : 销售与服务网络 : 广州总公司 广州市天河区车陂路黄洲工业区 7 栋 2 楼 电话 :(020) 上海分公司 上海 上海市北京东路 668 号科技京城东楼 12E 室 电话 :(021) 北京分公司北京市海淀区知春路 108 号豪景大厦 A 座 19 层电话 :(010) 深圳分公司深圳市福田区深南中路 2072 号电子大厦 12 楼电话 :(0755) 武汉分公司武汉市洪山区广埠屯珞瑜路 158 号 室 ( 华中电脑数码市场 ) 电话 :(027) 上海分公司 南京南京市珠江路 280 号珠江大厦 1501 室电话 :(025) 上海分公司 杭州杭州市天目山路 217 号江南电子大厦 502 室电话 :(0571) 重庆分公司重庆市九龙坡区石桥铺科园一路二号大西洋国际大厦 ( 赛格电子市场 )2705 室电话 :(023) 成都分公司 成都市一环路南二段 1 号数码科技大厦 403 室 电话 :(028) 西安办事处 西安市长安北路 54 号太平洋大厦 1201 室 电话 :(029) 请您用以上方式联系我们, 我们会为您安排样机现场演示, 感谢您对我公司产品的关注! 16

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