INSTALLATION AND OPERATION USER MANUAL WWW.UNICORECOMM.COM UM220-IV NL GNSS 定位模块 Copyright 2009-2020, Unicore Communications, Inc. Data subject to change without notice.
修订记录 版本号修订记录日期 Ver. 1.0.0 Primary Ver. 1.0.1 Alpha release 和芯星通 UM220-IV NL 用户手册 第一版 更新了 Pin 定义名称及性能参数 2017 年 12 月 2018 年 6 月 Ver. 1.0.2 Beta release 更新了尺寸参数 2018 年 8 月 Ver. 1.0.3 Beta release R1.1 更新了标签说明 ; 更新了回流焊说明 ; 更新了产品机械图 6.2 包装说明 : 添加 shelf life 1.2 关键指标 : 删除 GLONASS 频率 2019 年 5 月 2019-09-16 R1.2 6.2 包装说明 : 更新 MSL 说明 2020-01-19 免责声明本文档提供有关和芯星通科技 ( 北京 ) 有限公司 ( 以下简称和芯星通 ) 产品的信息 本文档并未以暗示 禁止反言或其他形式转让本公司或任何第三方的专利 商标 版权或所有权或其下的任何权利或许可 除和芯星通在其产品的销售条款和条件中声明的责任之外, 本公司概不承担任何其它责任 并且, 和芯星通对其产品的销售和 / 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 若不按手册要求连接或操作产生的问题, 本公司免责 和芯星通可能随时对产品规格及产品描述作出修改, 恕不另行通知 对于本公司产品可能包含某些设计缺陷或错误, 一经发现将收入勘误表, 并因此可能导致产品与已出版的规格有所差异 如客户索取, 可提供最新的勘误表 在订购产品之前, 请您与本公司或当地经销商联系, 以获取最新的规格说明 * 和芯星通 UNICORECOMM,UFirebird 及其徽标已由和芯星通科技 ( 北京 ) 有限公司申请注册商标 其它名称和品牌分别为其相应所有者的财产 版权所有 2009-2020, 和芯星通科技 ( 北京 ) 有限公司 保留所有权利 i
UM220-IV NL User Manual 前言 本 用户手册 为您提供有关和芯星通 UM220-IV NL 模块的硬件特性, 安装使用和性能指标等信息 适用读者本 用户手册 适用于对 GNSS 模块有一定了解的技术人员使用 文档结构本 用户手册 包括以下各章内容 : 1 产品介绍 : 概述产品的功能与特性 2 产品安装 : 提供有关模块的安装指导 3 技术指标 : 提供模块的相关技术指标 4 硬件设计 : 简要介绍模块的引脚功能定义 布线及硬件接口参考设计等 5 模块拆卸说明 6 包装 : 提供关于 UM220-IV NL 模块的包装说明 7 清洗 5 回流焊 ii
目录 1 产品介绍... 1 1.1 概述... 1 1.2 关键指标... 2 1.3 产品概述... 3 2 产品安装... 4 2.1 安装准备... 4 2.2 硬件安装... 5 3 技术指标... 6 3.1 电气特性... 6 3.2 运行条件... 6 3.3 外形尺寸... 6 3.4 引脚功能描述 ( 图 )... 7 3.5 PCB 封装说明... 8 4 硬件设计... 9 4.1 设计注意事项... 9 4.2 防串电... 10 4.3 天线... 10 4.4 串口... 11 5 模块拆卸说明... 12 6 包装... 12 6.1 标签说明... 12 6.2 包装说明... 12 7 清洗... 13 8 回流焊... 13 i
1 产品介绍 1.1 概述 和芯星通 UM220-IV NL 双系统 GNSS 定位模块, 基于完全自主知识产权的多系统 低功耗 高性能 SoC 芯片 UFirebird 设计, 支持 BDS B1+GPS L1 双系统联合定位, 或单系统独立定位, 可接收 QZSS 信号 模块支持 AGNSS( 辅助定位 ) 功能, 在联网情况下通过和芯星通辅助数据服务提高定位速度 UM220-IV NL 外形尺寸紧凑, 采用 SMT 焊盘, 支持标准取放及回流焊接全自动化集成, 尤其适用于低成本 低功耗领域 图 1-1 UM220-IV NL 模块外观 规格系统接口 数据更新率 型号 订单编码 PN 专业级 车规级 GPS BDS GLONASS QZSS UART1 UART2 UM220-IV NL GB 080101016200 1Hz 注 : 模块订单编码 (GB) 在模块左下角显示 1
UM220-IV NL User Manual 1.2 关键指标 电源 电压 功耗 1 射频输入 +2.8~3.6 VDC 50mW 驻波比 1.5 输入阻抗 天线增益 物理特性 尺寸 50Ω 重量 0.8g 环境指标 15~30dB 16.0*12.2*2.4mm 工作温度 -40 ~ +85 存储温度 -45 ~ +90 RoHS 输入 / 输出数据接口 串口 GNSS 性能 频率 首次定位时间 TTFF 符合 2 个串口, LVTTL 电平. 波特率 4800~115200bps BDS B1:1561.098MHZ GPS L1 :1575.42MHZ 冷启动 :28s 热启动 :1s 重捕获 :1s AGNSS 2 :4s 定位精度 (CEP) 2.0m ( 双系统水平, 开阔天空 ) 3.5m ( 双系统高程, 开阔天空 ) 测速精度 (RMS) 0.1m/s( 双系统水平, 开阔天空 ) 灵敏度 3 GN BDS GPS 1PPS 精度 (RMS) 4 数据更新率 数据格式 5 跟踪 -160dBm -159dBm -160dBm 捕获 -147dBm -146dBm -147dBm 热启动 -151dBm -150dBm -151dBm 重捕获 -158dBm -157dBm -158dBm 20ns 1Hz NMEA 0183,Unicore Protocol 1 2 3 4 5 连续定位, 典型值辅助数据注入及时 CN0 为 41db 时的性能 1 小时统计值, 不建议作授时应用用户可配置, 详细参见 Unicore NPL Protocol Specification Ver.3.1 文档或更新版本 2
1.3 产品概述 Battery LNA SAW RESET_N UART UM220-IV NL TCXO GNSS IC RTC Crystal PPS 图 1-2 结构框图 串口 (UART) UM220-IV NL 模块串口 1 为主串口, 支持数据传输 固件升级功能, 输入 / 输出信号类 型为 LVTTL 电平 默认波特率为 9600bps, 最高可设为 115200bps, 串口波特率可由用户 自行配置 设计产品时, 为支持固件升级功能, 须确保串口 1 连接 PC 或外部处理器 串口 2 仅支持数据传输, 不支持固件升级, 仅为备用 秒脉冲 (1PPS) UM220-IV NL 提供 1 个输出脉宽和极性可调的 1PPS 信号 3
UM220-IV NL User Manual 2 产品安装 2.1 安装准备 UM220-IV NL 上的多个器件易受静电损害, 需要对 IC 电路和其他器件进行静电防护 在打开防静电塑料盒前请做好如下保护措施 : 请按正确顺序执行 2.2 的操作步骤 静电放电 (ESD) 可能会导致器件损害 本章提及的所有操作均应在防静电工作台上进行, 同时使用戴防静电手环和导电泡沫垫 如果没有防静电工作台, 请佩戴防静电手环并将其另一端连接到金属架上以起到防静电作用 握住模块边缘, 勿直接接触其上的元器件 请仔细检查模块是否有明显松动或已损坏器件 如有问题请联系本公司或当地经销商图 2-1 展示了 UM220-IV NL 评估套件的典型安装情况 图 2-1 典型安装图 为确保安装正确, 请提前准备好下列设备 : UM220-IV NL 评估套件 ( 含电源 ) UM220-IV NL 用户手册 和芯星通 ustar 软件包 合格的天线 天线连接线缆 直连串口线 有串口的台式机或笔记本电脑, 装有 ustar 请保留好包装箱和防静电吸塑盒, 以备存储和搬运之用 4
2.2 硬件安装 上述准备完成后, 请按如下步骤安装 : 步骤 1: 确保做好充分的防静电措施, 如防静电手环 工作台表面接地等 ; 步骤 2: 打开 UM220-IV NL 评估套件, 取出评估板 ; 步骤 3: 选择增益适当的 GNSS 天线 ( 天线支持的系统频点应与模块保持一致 ), 在非遮挡区域将其固定好, 使用适当的线缆连接天线和 UM220-IV NL 评估板 ; 步骤 4: 使用直连串口线连接 PC 至评估板的串口 ; 步骤 5: 给评估板供电, 对 UM220-IV NL 进行初始化 ; 步骤 6: 打开 ustar 软件 ; 步骤 7: 通过 ustar 控制接收机, 显示星座视图 消息及接收机状态等 5
UM220-IV NL User Manual 3 技术指标 3.1 电气特性 最大绝对额定值参数 符号 最小值 最大值 单位 条件 供电电压 (VCC) Vcc -0.5 3.6 V VCC 最大纹波 Vrpp 50 mv 输入管脚电压 Vin -0.5 Vcc +0.2 V 存储温度 Tstg -45 90 MSL Level 1 Level 2 Level 3 TBD 3.2 运行条件 参数 符号 最小值 典型值 最大值 单位 条件 供电电压 (VCC) Vcc 2.8 3.3 3.6 V 峰值电流 Iccp 28 ma Vcc = 3.0 V 跟踪平均电流 I ACQ 15 17 19 ma Vcc = 3.0V 输入管脚低电平 Vin_low 0.7 V 输入管脚高电平 Vin_high 1.2 V 输出管脚低电平 Vout_low 0.4 V Iout = -8 ma 输出管脚高电平 Vout_high Vcc 0.4 V Iout = 8 ma 天线增益 Gant 15 30 db 接收机链路噪声系数 Nftot 2 db 运行温度 Topr -40 85 3.3 外形尺寸 表 3-1: 尺寸参数 最小值 (mm) 典型值 (mm) 最大值 (mm) A 15.9 16.0 16.5 B 12.05 12.2 12.35 C 2.2 2.4 2.6 D 0.9 1.0 1.3 E 1.0 1.1 1.2 F 2.9 3.0 3.1 G 0.9 1.0 1.3 H 0.7 0.8 0.9 K( 邮票孔外沿 ) 0.7 0.8 0.9 N( 邮票孔内沿 ) 0.4 0.5 0.6 M 0.8 0.9 1.0 6
图 3-1 机械图 3.4 引脚功能描述 ( 图 ) 13 14 15 16 17 GND NC NC NC NC GND RF_IN GND VCC_RF NC 12 11 10 9 8 18 19 20 21 22 23 24 NC NC TXD1 RXD1 V_BCKP VCC GND Top View RXD2 TXD2 GPIO2 NC TIME PULSE AADET_N nreset 7 6 5 4 3 2 1 图 3-2 UM220-IV NL 管脚图 序号 名称 I/O 电平标准 描述 1 nreset I LVTTL 复位引脚, 低电平有效, 不用则悬空 2 AADET_N I LVTTL 天线检测引脚, 不用则悬空 3 TIMEPULSE O LVTTL 秒脉冲 (1PPS), 不用则悬空 4 NC I LVTTL 保留引脚, 悬空处理 5 GPIO2 I LVTTL 天线检测引脚, 不用则悬空 6 TXD2 O LVTTL 串口 2 数据发送 7 RXD2 I LVTTL 串口 2 数据接收 8 NC 保留引脚, 悬空处理 9 VCC_RF O =VCC 天线馈电输出 7
UM220-IV NL User Manual 序号名称 I/O 电平标准描述 10 GND 地 11 RF_IN I GNSS 信号输入 (BDS B1+GPS L1, 或 GPS L1) 12 GND 地 13 GND 地 14 NC 保留引脚, 悬空处理 15 NC 保留引脚, 悬空处理 16 NC 保留引脚, 悬空处理 17 NC 保留引脚, 悬空处理 18 NC I/O LVTTL 保留引脚, 悬空处理 19 NC I/O LVTTL 保留引脚, 悬空处理 20 TXD1 O LVTTL 串口 1 数据发送 21 RXD1 I LVTTL 串口 1 数据接收 22 V_BCKP I 1.4V~3.6V 备电, 用于热启动功能 ; 不使用热启 动功能可悬空 23 VCC 2.8V~3.6 V 主电 24 GND 地 3.5 PCB 封装说明 图 3-3 UM220-IV NL 推荐 PCB 封装设计 ( 尺寸单位 :mil, 括号内单位 :mm) 在设计 PCB 阻焊时, 要确保 UM220-IV NL 模块下方区域完全涂盖阻焊层 8
4 硬件设计 4.1 设计注意事项 为使 UM220-IV NL 能够正常工作, 需要正确连接以下信号 : 模块 VCC 上电具有良好的单调性, 下冲与振铃保障在 5%VCC 范围内 若 VCC 掉电 后重新上电, 掉电时间须超过 10ms 若 VCC 供电不能满足如前描述,N 模块的有一定的 概率不能正常启动 建议在串口 RX 处串接 1KΩ 电阻,TX 处串接 33Ω 或者 1KΩ 电阻, 其他需要用到的 PIO 在 Pin 上串接 4.7KΩ 电阻 将模块所有 GND 引脚接地 连接 RF_IN 信号至天线, 线路保持 50 欧姆阻抗匹配 确保串口 1 连接到 PC 或外部处理器, 用户可以用此串口接收定位信息数据 软件 升级也需要通过该串口进行 为获得良好性能, 设计中还应特别注意如下几项 : 供电 : 良好的性能需要稳定及低纹波电源来保证 电压纹波峰峰值不要超过 50mV 采用 LDO 保证供电纯净 布局上尽量将 LDO 靠近模块放置 加宽电源走线或采用分割铺铜面来传输电流 电源走线避免经过大功率与高感抗器件如磁性线圈 串口 : 确保主设备与 UM220-IV NL 模块管脚信号 波特率对应一致 天线接口 : 天线线路注意阻抗匹配, 尽量短且顺畅, 避免走锐角 天线位置 : 为了保证较好的信噪比, 确保天线与电磁辐射源有很好的隔离, 特别 是 1559~1607MHz 频段的电磁辐射 9
UM220-IV NL User Manual 尽量避免在 UM220-IV NL 正下方走线 本模块是温度敏感设备, 温度剧烈变化会导致其性能降低, 使用中尽量远离高温 气流与大功率发热器件 4.2 防串电 模块输入端口 (UM220-IV NL 包括 :RXD GPIO) 在模块未加电时, 如果上述端口有数据输入, 会在模块 VCC 上形成串电, 当串电电压高于 1.6V 时, 有可能造成模块上电启动时失败 解决方案 : 在模块未上电时, 保证模块已连接的 IO 端口为高阻态或低电平, 避免串电 或者在串口 RX 端串接 1KΩ 电阻,TX 端串接 33Ω 或 1KΩ 电阻, 其他需要用到的 PIO 在 Pin 上串接 4.7KΩ 电阻 4.3 天线 UM220-IV NL 若采用 +3V 的有源天线, 建议用 VCC_RF 引脚输出通过馈电电感给天线供电 RF_IN UM220 -IV N VCC_RF 图 4-1 UM220-IV NL +3V 有源天线方案 UM220-IV NL 若采用非 +3v 的有源天线, 则把天线所需偏置电压 V_BIAS 通过馈电电感给天线供电 RF_IN UM220 -IV N V_BIAS VCC_RF 图 4-2 UM220-IV NL 其他电压范围的有源天线方案 UM220-IV NL 若采用无源天线, 则把天线与 RF_IN 管脚直接相连, 而 VCC_RF 悬空即 可 需要注意, 相对于有源天线而言, 使用无源天线可能会带来 GNSS 性能下降 10
RF_IN UM220 -IV N VCC_RF 图 4-3 UM220-IV NL 无源天线方案 4.4 串口 UM220-IV NL 的 2 个串口是 LVTTL 电平, 若需和 PC 连接, 需要通过 RS232 电平转换 UART1 RS232 1 UM220-IV N 模块 RS232 转换器 PC UART2 RS232 2 图 4-4 串口连接到 PC 11
UM220-IV NL User Manual 5 模块拆卸说明 需要拆卸模块时, 建议使用电烙铁融化模块两侧引脚焊锡 再用镊子将模块取下 请勿 使用其他方式拆卸模块 ( 例如热风枪吹下模块 ), 均可能导致模块损坏 6 包装 6.1 标签说明 6.2 包装说明 UM220-IV NL 模块使用载带 卷盘方式 ( 适用于主流表面贴装设备 ), 包装在真空密封的铝箔防静电袋中, 内附干燥剂防潮 采用回流焊工艺焊接模块时, 请严格遵守 IPC 标准对模块进行湿度管控, 由于载带等包装材料只能承受 65 摄氏度的温度, 在进行烘烤作业时需要将模块从包装中取出 数量较少的样品 ( 一般采用手工焊接 ) 使用静电袋包装发货, 由于手工焊接不需要考虑湿度问题, 因此不再另作防潮保护 图 6-1 模块包装示意 12
项目模块数量卷盘尺寸载带 描述 500 片 / 卷 料盘 :13 寸外径 330mm, 内径 100mm, 宽 24mm, 壁厚 2.0mm 模块间距 ( 中心距 ):20mm 用户贴片前需要查看包装内湿度卡标识, 湿度卡的 30% 标识圈颜色正常应显示为蓝色 ( 如下图 6-2 所示 ); 若湿度卡的 30% 标识圈颜色显示为粉色时 ( 如下图 6-3 所示 ), 需按要求进行烘培后再贴片 UM220-IV NL 模块的 MSL 等级为 3 级, 烘培要求请参照 IPC/JEDEC 相关标准执行, 用户可至网页 ww.jedec.org 自行下载查看 图 6-2 湿度卡的 30% 标识圈显示为蓝色 图 6-3 湿度卡的 30% 标识圈显示为粉红色 UM220-IV NL 模块的保存期限 (shelf life) 为 1 年 7 清洗 请勿用酒精或其他有机溶剂清洗, 可能会导致焊剂残留物今日屏蔽壳里, 引起发霉等问题发生 8 回流焊 为避免器件脱落, 模块在进行焊接时应放置在主板上部 回流焊温度曲线建议采 13
UM220-IV NL User Manual 用如下图 8-1 所示 ( 锡膏建议使用 M705-GRN360), 注意 : 模块只能过炉焊一次 图 8-1 回流焊温度曲线 14
和芯星通科技 ( 北京 ) 有限公司 Unicore Communications, Inc. 北京市海淀区丰贤东路 7 号北斗星通大厦三层 F3, No.7, Fengxian East Road, Haidian, Beijing, P.R.China, 100094 www.unicorecomm.com Phone: 86-10-69939800 Fax: 86-10-69939888 info@unicorecomm.com www.unicorecomm.com