WH-G405tf-硬件设计手册-V1.0.2

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2 目录目录绪论相关文档安全警告产品外观参考文档列表产品简介产品特点基本参数模块框图外形尺寸模块尺寸推荐封装引脚定义硬件参考设计电源接口 USB 接口串口电平 SIM 卡接口工作状态指示 RF 天线 PCM 语音功能电气特性工作储存温度输入电源模块 IO 口电平联系方式免责声明更新历史上海稳恒电子科技有限公司 2 / 23

3 1 绪论 1.1 相关文档本文档描述了 WH-G405tf 的硬件应用接口, 包括相关应用场合的电路连接以及射频接口等 WH-G405tf 的应用十分广泛, 本文档将详细介绍 WH-G405tf 的所有功能本文档可以帮助用户快速的了解 WH-G405tf 的接口定义电气性能和结构尺寸的详细信息结合本文档和其他的 WH-G405tf 的应用文档, 用户可以快速的使用 WH-G405tf 来设计移动通讯应用方案 1.2 安全警告在使用或者维修任何包含 WH-G405tf 模块的终端或者手机的过程中要留心以下的安全防范终端设备上应当告知用户以下的安全信息否则上海稳恒将不承担任何因用户没有按这些警告操作而产生的后果当在医院或者医疗设备旁, 观察使用手机的限制如果需要请关闭终端或者手机, 否则医疗设备可能会因为射频的干扰而导致误操作登机前关闭无线终端或者手机为防止对通信系统的干扰, 飞机上禁止使用无线通信设备忽略以上事项将违反当地法律并有可能导致飞行事故不要在易燃气体前使用移动终端或者手机当靠近爆炸作业化学工厂燃料库或者加油站时要关掉手机终端在任何潜在爆炸可能的电器设备旁操作移动终端都是很危险的手机终端在开机的状态时会接收或者发射射频能量当靠近电视收音机电脑或者其它电器设备时会对其产生干扰道路安全第一! 在驾驶交通工具时不要用手持终端或手机, 请使用免提装置在使用手持终端或手机前应先停车 GSM 手机终端在射频信号和蜂窝网下操作, 但不能保证在所用的情况下都能连接例如, 没有话费或者无效的 SIM 卡当处于这种情况而需要紧急服务, 记得使用紧急电话为了能够呼叫和接收电话, 手机终端必须开机而且要在移动信号足够强的服务区域当一些确定的网络服务或者电话功能在使用时不允许使用紧急电话, 例如功能锁定, 键盘锁定在使用紧急电话前, 要解除这些功能一些网络需要有效的 SIM 卡支持上海稳恒电子科技有限公司 3 / 23

4 1.3. 产品外观 WH-G405tf 硬件设计手册 Wireless High-reliability 1.4. 参考文档列表除此硬件开发文档外, 我们同时提供了基于本产品的说明书封装库等资料, 方便用户设计参考表 1: 文档清单文档标号文档名称 1 WH-G405tf 说明书 2 WH-G405tf-AT 指令集 3 WH-G405tf-LCC 硬件设计手册 4 WH-G405tf-mPCIe 封装库 (AD) 2 产品简介 WH-G405tf 是一款适用于移动 4G 网络的无线终端产品, 支持所有移动网络的高速接入, 能够为用户提供高速的无线数据互联网接入等业务, 具备语音分组数据短信功能通讯簿, 可以快速轻松帮助你实现嵌入式模块移动电话智能手机多媒体手机和触摸屏通信装置调制解调器 U 猫车载设备等终端采用先进的高度集成设计方案, 完成无线接收发射基带信号处理和音频信号处理功能, 采用单面布局上海稳恒电子科技有限公司 4 / 23

5 支持 AT 命令扩展, 可以实现用户个性化定制方案 2.1 产品特点支持移动 2G/3G/4G 支持联通 2G/3G/4G 支持电信 4G 支持 AT 指令集支持 SMS 功能支持数据传输功能支持 PCM 语音支持 USB 通讯支持 Windows Linux Android 平台 2.2 基本参数表 2:WH-G405tf 模块主要特性项目产品规格描述产品名称 WH G405tf-LCC 封装形式支持移动 2G/3G/4G 支持联通 2G/3G/4G 支持电信 4G LCC 80Pin LCC 80pin 电源范围 3.4V~4.2V, 推荐值 3.8V LED 模块状态指示灯功能 SIM/USIM 卡 USB 协议 PCM 语音标准 6 针 SIM 卡接口,3V/1.8V SIM 卡 USB 2.0 High speed 支持 PCM 语音接口 ( 需要加 Codec) 硬件接口 RF 天线接口 *2( 只用一根时, 请用标注为 M 的天线 ) 尺寸 ( 毫米 ) 32mm 29mm 2.4mm(LCC+BGA) 外形尺寸重量 ( 克 ) < 4.2g 工作温度 -20 ~ +70 温度范围存储温度 -40 ~ +85 湿度范围工作湿度 5%~95% TD-LTE 3GPP R9 CAT4 下行 150 Mbps, 上行 50 Mbps FDD-LTE 3GPP R9 CAT4 下行 150 Mbps, 上行 50 Mbps 技术规范 WCDMA HSPA+ 下行速率 21 Mbps 上行速率 5.76 Mbps 上海稳恒电子科技有限公司 5 / 23

6 TD-SCDMA 3GPP R9 下行速率 2.8 Mbps 上行速率 2.2 Mbps GSM 下行速率 384 kbps 上行速率 128 kbps TD-LTE Band 38/39/40/41 FDD-LTE Band 1/3/8 WCDMA Band 1/8 频段 TD-SCDMA Band34/39 GSM Band 3/8 TD-LTE Band 38/39/40/41 +23dBm(Power class 3) FDD-LTE Band 1/3/8 +23dBm(Power class 3) WCDMA Band 1/8 +23dBm(Power class 3 TD-SCDMA Band34/39 +24dBm(Power class 2) GSM Band 8 +33dBm(Power class 4) 功率等级软件功能 GSM Band 3 +30dBm(Power class 1) 数据业务支持 PPPD/RNDIS/ECM 拨号语音电话支持硬 PCM 语音短信支持 PDU/TEXT 短信 TCP/IP 协议 IPv4,IPv6,IPv4/IPv6 双堆栈操作系统支持 windows/linux/android 2.3 模块框图目前模块开放的接口包括 : 电源输入模块工作状态指示 USB2.0 SIM 射频天线 PCM 上海稳恒电子科技有限公司 6 / 23

7 图 1: 模块功能框图 2.4 外形尺寸模块尺寸图 2: 模块尺寸图上海稳恒电子科技有限公司 7 / 23

8 2.4.2 推荐封装图 3: 模块 PCB 封装图注意 : 如果只用到 LCC 部分功能管脚, 可以只焊接 LCC, 降低生产工艺要求,BGA 部分焊盘的长度可根据需要调整,101 和 106 焊盘不需要做另 : 为防止更换模块时损坏接口板的焊盘, 需要在接口板的焊盘上打 2~3 个过孔加固上海稳恒电子科技有限公司 8 / 23

9 2.5 引脚定义 WH-G405tf 硬件设计手册 Wireless High-reliability WH-G405tf 模块提供 LCC/BGA 混合连接方式, 其中 pin1-80 是 LCC 封装, 定义了常用功能引脚 ; pin 是 BGA 封装图 4: 模块引脚图 Power Pins GND Pins Signal Pins RESERVED Pins 引脚定义详情请见表 3: 上海稳恒电子科技有限公司 9 / 23

10 表 3:WH-G405tf 模块引脚说明 405 脚位号 G405 脚位名称功能说明 1 WAKEUP_IN 睡眠模式控制 ( 暂不开放 ) 2 AP_READY 睡眠状态检测 ( 暂不开放 ) 3 GPIO123 预留 GPIO 4 W_DISABLE 飞行模式控制, 内部拉高 ( 暂不开放 ) 5 NET_MODE 模块的网络注册状态, 高电平为注册 LTE 网络状态 6 NET_STATUS 模块的网络运行状态慢闪 (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 7 VDD_1V8 1.8V 电源 8 PWM0 PWM 输出口 0( 暂不开放 ) 9 PWM1 PWM 输出口 1( 暂不开放 ) 10 GND 地 11 GND 地 12 GND 地 13 URAT1_RXD URAT1 串口,LOG 输入 14 URAT1_TXD URAT1 串口,LOG 输出 15 DBB_SIM_DET SIM 卡检测 ( 暂不开放 ) 16 USIM_VDD SIM 电压 17 USIM_DATA SIM 数据 18 USIM_CLK SIM 时钟 19 USIM_RST SIM 复位 20 NC NC 21 GPIO48 预留 GPIO 22 BOOT_MODE0 BOOT 选择, 内部拉低, 高有效 ( 暂不开放 ) 23 GND 地 24 RESET_N 模块复位脚, 内部上拉, 拉低模块复位 25 PWRKEY 模块开机, 低电平开机 26 GND 地 27 GPIO51 预留 GPIO 28 I2S0_DIN I2S0 数据输入 29 I2S0_DOUT I2S0 数据输出 30 I2S0_WS I2S0 同步信号 31 I2S0_CLK I2S0 时钟 32 NC NC 33 NC NC 上海稳恒电子科技有限公司 10 / 23

11 34 NC NC 35 NC NC 36 NC NC 37 NC NC 38 GND/NC GND/NC 39 ANT_DIV 分集接收天线接口 40 GND 地 41 SPI_CS SPI 使能信号 ( 暂不开放 ) 42 SPI_MOSI SPI MOSI 口 ( 暂不开放 ) 43 SPI_MISO SPI MISO 口 ( 暂不开放 ) 44 SPI_CLK SPI 时钟口 ( 暂不开放 ) 45 I2C_SCL1 I2C1 时钟 46 I2C_SDA1 I2C1 数据 47 LCD_RST 预留 GPIO 口 ( 暂不开放 ) 48 ADC2 ADC 检测 2 49 ADC1 ADC 检测 1 50 GND 地 51 ANT_GNSS 预留 / 悬空 52 NC NC 53 NC NC 54 GND 地 55 ANT_MAIN 主 RF 口 56 GND 地 57 GND 地 58 GND 地 59 GND 地 60 GND 地 61 NC NC 62 GND 地 63 VDD_PA PA 电源 ( V) 64 VDD_PA PA 电源 ( V) 65 VBAT VBAT( V) 66 VBAT VBAT( V) 67 STATUS 模块工作状态, 需外部上拉 10K 电阻, 开机后输出低电平 68 NC NC 69 NC NC 70 NC NC 71 NC NC 72 AP2CP_WAKEUP 睡眠模式控制 ( 暂不开放 ) 73 TXD0 UART0 串口, 模块通信数据发送上海稳恒电子科技有限公司 11 / 23

12 74 RXD0 UART0 串口, 模块通信数据接收 75 USB_DP USB 差分数据正信号 76 USB_DM USB 差分数据负信号 77 USB_VBUS USB 电源,USB 检测使用 ( 暂不开放 ) 78 GND 地 79 RXD2 UART2 数据输入 80 TXD2 UART2 数据输出 81 GND 地 82 GND 地 83 GND 地 84 GND 地 85 GND 地 86 GND 地 87 GND 地 88 GND 地 89 GND 地 90 GND 地 91 GND 地 92 GND 地 93 GND 地 94 GND 地 95 GND 地 96 GND 地 97 GND 地 98 GND 地 99 GND 地 100 GND 地 101 NC NC 102 GND 地 103 GND 地 104 GND 地 105 GND 地 106 NC NC 107 GND 地 108 GND 地注 :WH-G405TF 模块的 IO 电平为 1.8V 上海稳恒电子科技有限公司 12 / 23

13 3. 硬件参考设计 WH-G405tf 硬件设计手册 Wireless High-reliability 3.1 电源接口电压典型值 3.8V, 供电范围 V, 峰值供电电流 2.5A, 要保证靠近模块电源引脚并联数个百 μf 的储能电容以满足模块大电流脉冲需求, 推荐组合 470μF+220μF 同时预留一组 μf 级电容, 做高频滤波使用, 推荐 22uF+0.1uF+1nF+100pF 如果应用环境比较恶劣, 经常受到 ESD 干扰或者对 EMC 要求比较高, 建议串联磁珠和或者并联 TVS 管, 以增加模块的稳定性用户在设计产品时, 首先保证外部用户在设计本产品外围电路能够提供充足的供电能力, 并且供电范围要严格控制在 3.4V~4.2V, 供电电压波动 300mv, 供电电压的跌落最小值保证大于 3V 建议采取 3.8V 供电, 并在 DC/DC 或者 LDO 后放置大电容, 防止外部电源在脉冲电流时间段内出现电压跌落系统板侧电源线应满足 2.5A 电流需要, 走线长度尽量缩短并要与地面形成良好的回流表 4: 模块电源特性 Symbol Parameter Min Type Max Unit VDD_MAIN Power supply voltage V Io Supply current capability ma 推荐原理图如下 : 图 5: 模块电源参考电路考虑到不同的应用环境, 为了避免模块在复杂环境 ( 干扰 ) 下出现工作异常, 请用户增加电源控制电路, 用于重启模块恢复异常请参考下面的电路 : 上海稳恒电子科技有限公司 13 / 23

图 6: 模块电源控制参考电路 1) 此图为 3V3 电平信号控制模块 3V8 电源通断电路,NPN 三极管 s9014 控制 PMOS 管 2301 2) 上图电流方向是由左到右, 即 VDD_3V8 是输入电压,VCC_MOD 是直接供给模块电压, Power_ON/OFF 是开关信号, 高电平导通, 低电平关闭 3) 当 Power_ON/OFF 信号为高电平时,NPN 管 9014

14 图 6: 模块电源控制参考电路 1) 此图为 3V3 电平信号控制模块 3V8 电源通断电路,NPN 三极管 s9014 控制 PMOS 管 ) 上图电流方向是由左到右, 即 VDD_3V8 是输入电压,VCC_MOD 是直接供给模块电压, Power_ON/OFF 是开关信号, 高电平导通, 低电平关闭 3) 当 Power_ON/OFF 信号为高电平时,NPN 管 9014 导通,MOS 管 2301 源级电压大于栅极电压即 V12<0,MOS 导通, 当 Power_ON/OFF 信号为低电平时,NPN 管 9014 截止, MOS 管 2301 源级电压等于栅极电压即 V12=0,MOS 截止, 模块电源被切断 4) 要根据实际选择的 MOS 管型号来调节 R114 和 R112 的阻值, 保证 MOS 可以工作在饱和状态, 5) R116 上拉电阻是保证在 Power_ON/OFF 信号失效时,MOS 默认是打开状态, 模块可以正常通电 R501 是 0 欧姆备选方案, 在不想用 MOS 控制或者器件有损坏时焊接上, 保证模块上电, 默认不焊接 3.2 USB 接口模块提供 1 个标准 USB2.0 接口, 支持 High speed(480mbps) 和 Full speed(12mbps) 两种电路, 支持 suspend 和 resume, 可以工作在 HOST 模式和 DEVICE 模式, 该 USB 接口和驱动配合, 可以在 PC 上映射多个串口设计推荐电路如图 4-2 所示,USB 接口操作电源 USB_VCC 典型电压 : 5V ( 允许范围 : 4.75~5.25V) 根据应用产品的要求不同, 一般需要考虑 ESD EMI 的要求, 设计建议 : 1) 建议 USB 数据通路上串共模抑制滤波器或 0 欧电阻, 以方便后续调试 2) 作为操作接口或调试接口使用时,USB 信号线上必须考虑 ESD 接口防护,ESD 保护器件的节电容不大于 3PF TVS 推荐 SEMTECH 的 RClamp0521P.TCT 或 INFINEO 的 ESD0P2RF-02LRHE6327, 也可以按照参数同规格的其余器件上海稳恒电子科技有限公司 14 / 23

15 3) USB_DP 和 USB_DM 严格按照差分形式走线, 两根线的长度差尽量短, 差分阻抗需控制在 90ohm 4) USB_DP 和 USB_DM 需严格包地保护表 5: USB 引脚说明 PIN Symbol Description Type voltage 76 USB_DM USB- 5V 75 USB_DP USB+ 5V 图 7: USB 参考电路 3.3 串口电平因为模块采用 1.8V 的 IO 电源系统, 所有 IO 口的最高输入限制电压最大不能超过 1.8V, 否则可能损坏模块 IO 口 WH-G405TF 模块共有 3 路串口, 主串口 UART0, 调试串口 UART1 及备用串口 UART2 表 6: 串口说明 PIN Symbol Description Type(V) 73 TXD0 UART0 串口, 模块通信数据发送 1.8V 74 RXD0 UART0 串口, 模块通信数据接收 1.8V 13 URAT1_RXD URAT1 串口,LOG 输入 1.8V 14 URAT1_TXD URAT1 串口,LOG 输出 1.8V 79 RXD2 UART2 数据输入 1.8V 80 TXD2 UART2 数据输出 1.8V 三路串口的电平只支持 1.8V 电平输入输出, 若与模块通信串口电平是其他电平例如 3V 5V, 必须上海稳恒电子科技有限公司 15 / 23

16 要做电平转换才能与 WH-G405TF 模块实现通信, 电平转换电路参考如下 : 图 8: 模块 TXD 电平转换电路 VDD_EXT 10K VDD 47K 4.7K UART1_TXD 模块 RXD 客户端图 9: 模块 RXD 电平转换电路 VDD_EXT 10K VDD 47K 4.7K UART1_RXD 模块 TXD 客户端图中 VDD-EXT 为模块 1.8V 电源输出,VDD 是客户端 CMU 电平电压, 例如客端 CMU 串口为 3V, 此时 VDD 就是 3V 电源输出注意 :WH-G405TF 模块的所有 IO 口电平 ( 除 USB 接口 ) 都是 1.8V 3.4 SIM 卡接口模块提供了符合 ISO 标准的 SIM 卡接口, 自动识别 3.0 V 和 1.8V SIM 卡在标准模式下, 向 USIM 卡提供 3.25 MHz 的时钟信号 ; 在低功耗模式下, 向 USIM 卡提供 1.08 MHz 的时钟信号 ; 支持时钟关断模式 ; 通过调整波特率参数, 支持速度增强型 USIM 卡 ; 支持 DMA 发送 / 接收 ; 支持注销模式下的自动省电模式 ; 在 RX 模式下, 支持自动奇偶校验由于用户会经常进行插入或拔出 USIM 卡的操作, 而人体带有静电, 为了防止静电对 USIM 卡及芯片造成损坏, 须要增加 TVS 管进行静电保护, 作为 ESD 防静电措施选用额定反向工作电压 Vrwm=5 V, 结电容为 Cj< 10 pf 以下的器件防静电器件的接地须和模块系统地良好连接设计建议 : 1) 建议对 USIM_DATA 用 USIM_VDD 电源 10K 上拉处理, 保证 USIM_DATA 在三态时有一个稳定的高电平, 以提高驱动能力, 改善其波形的边沿特性 2) 为了满足 3GPP TS 协议以及 EMC 认证要求, 建议 SIM 卡座布置在靠近模块上海稳恒电子科技有限公司 16 / 23

17 SIM 卡接口的位置, 避免因走线过长, 导致波形严重变形, 影响信号完整性 3) USIM_CLK 和 USIM_DATA 信号的走线最好进行包地处理 4) 在 USIM_VDD 和 GND 之间并联一个 0.1uF 及 33pF 左右的电容, USIM_CLK, USIM_RST 与 GND 之间并联 33pF 左右的电容, 滤除射频信号的干扰. 5) ESD 保护器件尽量靠近 SIM 卡槽放置表 7:SIM 引脚说明 PIN Symbol Description Type(V) 15 DBB_SIM_DET SIM 卡热拔插检测 ( 暂不开放 ) 1.8V 16 USIM_VDD Power output for SIM card 1.8/ USIM_DATA SIM Card data I/O 1.8/ USIM_CLK SIM clock 1.8/ USIM_RST SIM Reset 1.8/3.0 图 10 :SIM 参考电路 3.5 工作状态指示模块提供 LED 输出控制, 通过 LED 状态显示模块工作状态, 建议通过三极管来驱动指示灯, 灯的正极最好接稳定的电压. 表 8: LED 引脚说明 PIN Symbol Description Type(V) 5 NET_MODE Network Status Indication output 1.8V 上海稳恒电子科技有限公司 17 / 23

18 图 11: 网络灯参考电路 3.6 RF 天线 WH-G405tf 模块提供了两个天线接口, 主天线和分集天线, 一个是主天线接口, 一个是分集接收天线 ( 分集可选 ) 接口, 客户如果使用 LTE 数据业务, 须连接主天线和分集天线, 以保证数据性能最优客户在 PCB 布局时,RF 部分要优先处理, 天线附近避开高频大电流等信号, 布线保证 50 欧姆阻抗匹配, 走线长度尽量短, 需要增加 π 行电路以备调节 ( 优先参考下面电路,NC 代表不需焊接 ) 图 12: RF 参考走线上海稳恒电子科技有限公司 18 / 23

19 3.7 PCM 语音功能表 9: PCM 语音接口 PIN Symbol Description Type(V) 28 PCM_DIN PCM_DIN 1.8V 29 PCM_DOUT PCM_DOUT 1.8V 30 PCM_SYNC PCM_SYNC 1.8V 31 PCM_CLK PCM_CLK 1.8V 52 CODEC_CLK CODEC CLOCK 26M 说明 :CODEC_CLK 信号是输出提供给外部 codec 芯片的主时钟, 设计时建议兼容 codec 的晶体时钟电路, 以防止 CODEC_CLK 信号不能满足外部 codec 芯片的时钟要求! 上海稳恒电子科技有限公司 19 / 23

20 4 电气特性 WH-G405tf 硬件设计手册 Wireless High-reliability 4.1 工作储存温度工作存储温度如下图所示表 10: 温度参数 Parameter Min Max Operating temperature Storage temperature 输入电源表 11: 电源特性 Parameter Min Typ Max Input Voltage(V) 模块 IO 口电平对于 SIM 卡电源引脚 USIM_VDD 1.8V U(S)IM 应用 (Class C), USIM_VDD=1.8V; 3.0V U(S)IM 应用 (Class B), USIM_VDD=3.0V 对于 RST 开关机飞行模式等 IO 口 : 表 12 :I/O 电压规格 Symbol Parameter Min Typ Max Unit VIH High-level input voltage V VIL Low-level input voltage V VOH High-level output voltage V VOL Low-level output voltage V 上海稳恒电子科技有限公司 20 / 23

21 5 联系方式 WH-G405tf 硬件设计手册 Wireless High-reliability 公司 : 上海稳恒电子科技有限公司地址 : 上海市闵行区秀文路 898 号西子国际五号楼 611 室网址 : 邮箱 : sales@mokuai.cn 电话 : 或者使命 : 做芯片到产品的桥梁愿景 : 全球有影响力的模块公司价值观 : 信任专注创新产品观 : 稳定的基础上追求高性价比上海稳恒电子科技有限公司 21 / 23

22 6 免责声明本文档提供有关 WH-G405tf 产品的信息, 本文档未授予任何知识产权的许可, 并未以明示或暗示, 或以禁止发言或其它方式授予任何知识产权许可除在其产品的销售条款和条件声明的责任之外, 我公司概不承担任何其它责任并且, 我公司对本产品的销售和 / 或使用不作任何明示或暗示的担保, 包括对产品的特定用途适用性, 适销性或对任何专利权, 版权或其它知识产权的侵权责任等均不作担保本公司可能随时对产品规格及产品描述做出修改, 恕不另行通知上海稳恒电子科技有限公司 22 / 23

23 7 更新历史修订表编号生成版本修订章节与内容修订日期 1 V1.0.0 生成第一个版本 V1.0.1 完善封装及部分功能 V1.0.2 增加串口电平匹配说明上海稳恒电子科技有限公司 23 / 23

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WH-G405tf硬件设计手册 WH-G405tf 硬件设计手册 ( 透传版 ) 文件版本 :V1.0.3 第 1 页共 31 页目录 1. 关于文档...3 1.1. 文档目的...3 1.2. 安全警告...3 1.3. 产品外观...4 1.4. 参考文档列表...4 2. 产品简介...5 2.1. 基本参数...5 2.2. 模块应用框图...6 2.3. 引脚定义...7 2.4. 开发套件...11 3. 硬件参考设计...12