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GSM模块TC35及其外围电路设计


摘 要
介绍了Siemens公司的GSM模块TC35TI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TC35TI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

TC35Siemens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(Short Message Service)和传真。模块的工作电压为3.3 5.5V,可以工作在900MHz1800MHz两个频段,所在频段功耗分别为2W900M)和1W1800M)。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2.4k4.8k9.6k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、IDLETALK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FRHREFR语音信道编码。


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,


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连接器的1112引脚,在充电模式下,为TC35提供+6V500mA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(电池电压须大于3V),为使之正常工作,必须在15(/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。


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300bps115kbps的波特率下运行,支持的自动波特率为4.8kbps115kbps14.4kbps28.8kbps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35.5V,符合TIA/EIA-232-F 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)为低电平、/FORCEOFF(14)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/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-0.3V0.3V的时间小于30uS,则/INVALID(15)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-0.3V0.3V的时间大于30uS,则/INVALID(15)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

0

1

<30s

Normal Operation(Auto-Powerdown Plus)

Active

Active

Active

0

1

>30s

Powerdown(Auto-Powerdown Plus)

Active

Active

Active

 

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MAX3238ZIF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40.1uF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RxD0CTS0DSR0DCD0RING0,输入的信号为TxD0RTS0DTR0

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DTR0DSR0DCD0RING0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TC35GSM基带处理器内集成了音频滤波、ADCDAC、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)45,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236

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 7816-3 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GSM11.11SIM卡预留5个引脚的基础上,TC35ZIF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CCINCCVCC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。

4. 结束语

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 GPS OEM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, 2002.5.29
2 Cellular Engine TC35 Audio Interface Vision 02.00, 2001.11.21
3 GSM11.11 Vision
6.2.0, 1999.5


 
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