GSM模块TC35及其外围电路设计.doc

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桃豆鄂
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1 GSM 模块 TC35 及其外围电路设计 GSM Module TC35 and its Peripheral Circuit Design 大连海事大学信息工程学院大连闫俊夏志忠摘要介绍了 Siemens 公司的 GSM 模块 TC35 TI 公司的电平转换芯片 MAX3238, 以及由其组成的移动终端, 指出了实际设计中出现的问题和解决办法关键词 GSM 模块 ; 电平转换 ; 移动终端 1. 引言随着通信事业的发展, 移动通信应用领域的不断扩大, 移动终端的设计也逐渐倍受关注本文详细介绍了 Siemens 公司的 GSM 模块 TC35 TI 公司的电平转换芯片 MAX3238 等器件, 及其构成的移动终端的硬件电路该设计可以完成短消息收发语音传输与 PC 机进行数据传输等功能, 已应用在基于 GSM 短消息的 GPS 车辆监控系统中 2. TC35 模块 TC35 是 Siemens 公司推出的新一代无线通信 GSM 模块, 可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据语音传输短消息服务 (ShortMessage Service) 和传真模块的工作电压为 V, 可以工作在 900MHz 和 1800MHz 两个频段, 所在频段功耗分别为 2W(900M) 和 1W(1800M) 模块有 AT 命令集接口, 支持文本和 PDU 模式的短消息第三组的二类传真以及 2.4k,4.8k,9.6k 的非透明模式此外, 该模块还具有电话簿功能多方通话, 漫游检测功能, 常用工作模式有省电模式 IDLE TALK 等模式通过独特的 40 引脚的 ZIF 连接器, 实现电源连接指令数据语音信号及控制信号的双向传输通过 ZIF 连接器及 50Ω 天线连接器, 可分别连接 SIM 卡支架和天线 TC35 模块主要由 GSM 基带处理器 GSM 射频模块供电模块 (ASIC) 闪存 ZIF 连接器天线接口六部分组成作为 TC35 的核心, 基带处理器主要处理 GSM 终端内的语音数据信号, 并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能在不需要额外硬件电路的前提下, 可支持 FR HR 和 EFR 语音信道编码

2 图 1 TC35 功能框图 3. 外围应用电路 TC35 模块的正常运行需要相应的外围电路与其配合 TC35 共有 40 个引脚, 通过 ZIF 连接器分别与电源电路启动与关机电路数据通信电路语音通信电路 SIM 卡电路指示灯电路等连接如图 2 所示, 图 2 TC35 的外围电路连接 3.1 电源及启动电路电源电路分为充电电池和稳压电源模块两部分 : 充电电池主要为整个系统提供 3.6V 工作电电压, 同时产生 MAX3238 所需要的高电平 ;TI 公司的三端电源模块 UA7806 将外部 +12V 直流电源转换为 +6V, 连到 ZIF

3 连接器的引脚, 在充电模式下, 为 TC35 提供 +6V 500mA 的充电电压启动电路由开漏极三极管和上电复位电路组成模块上电 10ms 后 ( 电池电压须大于 3V), 为使之正常工作, 必须在 15 脚 (/IGT) 加时长至少为 100ms 的低电平信号, 且该信号下降沿时间小于 1ms 启动后,15 脚的信号应保持高电平下图所示, 为启动电路产生的信号, 从中可以看出 10ms 的延时和 100ms 的低电平图 3 采集到的启动信号降沿 3.2 数据通信电路数据通信电路主要完成短消息收发与 PC 机通信软件流控制等功能 TC35 的数据接口采用串行异步收发, 符合 ITU-T RS-232 接口电路标准, 工作在 CMOS 电平 (2.65V) 数据接口配置为 8 位数据位 1 位停止位无校验位, 可以在 300bps~115kbps 的波特率下运行, 支持的自动波特率为 4.8kbps~115kbps (14.4kbps 和 28.8kbps 除外 ) TC35 模块还支持 RTS0/CTS0 的硬件握手和 XON/XOFF 的软件流控制数据通信电路以 TI 公司的 MAX3238 芯片为核心, 实现电平转换及串口通信功能 TI 公司的 MAX3238 芯片供电电压为 3~5.5V, 符合 TIA/EIA-232-F 和 ITU v.28 标准具有独特的 ±15KV 人体静电保护措施, 兼容 5V 逻辑输入, 内含 3 路接收 5 路发送串行通信接口, 最大数据传输速率可达 250 kbps 该芯片的最大特点是, 在串行口无数据输入的情况下, 可以灵活的进行电源管理, 即当 FORCEON(13 脚 ) 为低电平 /FORCEOFF(14 脚 ) 为高电平时,Auto-Powerdown Plus 功能有效在正常运行模式下, 约 30 秒事件内若芯片在接收和发送引脚没有检测到有效信号, 将自动进入 Powerdown 模式, 此时耗电 1uA 如果 FORCEON 和 /FORCEOFF 引脚均为高电平, 那么 Auto-Powerdown Plus 功能失效在 Auto-Powerdown Plus 功能有效的时, 如果检测到接收或发送引脚有信号输入, 该芯片自动被激活, 转入正常工作状态如果任一接收通道的输入电压高于 2.7V 或小于 -2.7V, 或者位于 -0.3V~0.3V 的时间小于 30uS, 则 /INVALID(15 脚 ) 引脚为高电平 ( 数据有效 ) 如果所有接收通道的输入电压位于-0.3V~0.3V 的时间大于 30uS, 则 /INVALID(15 脚 ) 引脚为低电平 ( 数据无效 ) FORCEON /FORCEOFF Auto-PowerdownPlus OPERATION STATUS T_OUT R_OUT R1OUTB 0 Powerdown(Forced Off) High-Z High-Z Active 1 1 Normal Operation(Forced On) Active Active Active

4 1 1 Normal Operation(Forced On) Active Active Active 0 1 <30s Normal Operation(Auto-Powerdown Plus) 0 1 >30s Powerdown(Auto-Powerdown Plus) Active Active Active Active Active Active 表 1 输出控制真值表该芯片的以上特性, 满足了 TC35 作为移动终端的 3 路接收 5 路发送电路连接要求在 MAX3238 与 ZIF 连接器相应引脚连接时, 要注意发送接收引脚连接正确 MAX3238 还需要连接 4 个 0.1uF 的电容配合, 才能完成电平转换功能 TC35 模块通过 RS-232 接口各引脚输出的信号有 RxD0 CTS0 DSR0 DCD0 RING0, 输入的信号为 TxD0 RTS0 DTR0 由于 TC35 的接口电路使用了 9 针串口的全部引脚, 使 TC35 可以获得 DTR0 DSR0 DCD0 和 RING0 控制信号信号 RING0 用来向蜂窝设备指示接收到 Unsolicited Result Code (URC) 通过 AT 指令, 可以设置 TC35 的不同运行模式 3.3 语音通信电路由于 TC35 的 GSM 基带处理器内集成了音频滤波 ADC DAC 语音合成等部分, 所以模块语音接口的外围电路连接相对简单 TC35 有两个语音接口, 每个接口均有模拟麦克输入和模拟耳机输出为了适合不同的外设, 模块共有 6 种语音模式, 可通过指令 AT^SNFS 选择第一个语音接口的默认配置为 Votronic HH-SI-30.3/V1.1/0 手持话筒, 语音模式为 1( 默认 ) 4 5, 其中模式 1 参数固定第二个语音接口为头戴式耳机和麦克设置, 语音模式为为了防止从麦克风和耳机导线引入高频干扰, 影响 TC35 的正常运行设计电路时, 在麦克风耳机以及手持听筒的插孔处都接有电感此外, 考虑到静电保护的因素, 所有语音信号输入端都通过电容与 GND 耦合 3.4 SIM 卡电路基带处理器集成了一个与 ISO IC Card 标准兼容的 SIM 接口为了适合外部的 SIM 接口, 该接口连接到主接口 (ZIF 连接器 ) 在 GSM11.11 为 SIM 卡预留 5 个引脚的基础上,TC35 在 ZIF 连接器上为 SIM 卡接口预留了 6 个引脚, 所添加的 CCIN 引脚用来检测 SIM 卡支架中是否插有 SIM 卡当插入 SIM 卡, 该引脚置为高电平, 系统方可进入正常工作状态但是目前移动运营商所提供的 SIM 卡均无 CCIN 引脚, 所以在设计电路时将引脚 CCIN 与 CCVCC 相连在设计中为 SIM 卡布线时, 发现了一个值得引起注意问题 : 如果将 SIM 卡的第四脚 CCGND 直接与印刷电路板的 GND 相连, 不作任何信号的隔离保护, 则通话时音量很小考虑到设计中的电磁兼容和静电保护等因素, 为了达到最佳的通话效果, 采用在 SIM 支架下, 即印刷电路板的顶层敷设一层铜隔离网, 该层敷铜与 SIM 卡的 CCGND 引脚相连,CCGND 和电路板的 GND 之间通过两个并联的电容和电感耦合此举为 SIM 卡构成了一个隔离地, 屏蔽了其他信号线对 SIM 卡的干扰再进行语音通话时, 话音清晰

5 4. 结束语由 Siemens 公司的 GSM 模块 TC35 及其外围电路构成的移动终端, 可以很好的完成短消息收发数据和语音通信该移动终端结合 Rockwell 公司的 Jupiter GPSOEM 板, 并由单片机控制而组成的车载移动单元, 可以很好的完成利用 GSM 短消息传送车辆定位信息的工作参考文献 1 Siemens TC35/TC37 Hardware Interface Description Vision 04.00, Cellular Engine TC35 Audio Interface Vision 02.00, GSM11.11 Vision 6.2.0,

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