NeoM590E模块硬件设计指南V11Word格式文档下载.docx
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初始版本
201004
V1.1
修订版本，完善设计中的注意事项
201104
1.
概述
M590E通信模块是一款DualBand的GSM/GPRS工业无线模块，提供短信、数据业务等功能，在各种工业和民用领域得到广泛的应用。
2.外形
表1M590E外形规格
规格
描述
尺寸
27.6mm*21.6mm*2.6mm（长*宽*高）
重量
5g
正视图
3.设计框图
4.特性
表2M590E主要规格
频段
双频EGSM900/DCS180，可选GSM850/1900
灵敏度
-106dBm
最大发射功率
850/900Class4（2W）
1800/1900Class1（1W）
瞬间电流
Max2A
工作电流
210mA
待机电流（Idle）
30mA
休眠电流（Sleep）
2.5mA
工作温度
-40℃～+80℃
工作电压
3.3V～4.8V（推荐值3.9V）
协议
兼容GSM/GPRSPhase2/2+
AT
GSM07.07
扩展指令集
连接器
插针式连接
Murata（村田）GSC射频连接器
短消息
TEXT/PDU
点对点/小区广播
分组数据
GPRSCLASS10
编码方式CS1，CS2，CS3，CS4
电路交换数据
支持CSD数据业务
支持USSD
5.
管脚定义
表3M590E模块管脚定义
管脚
信号名称
I/O
功能描述
备注
1
GND
PWR
地
2-3
VCC_MAIN
模块主电源输入
4
5
LIGHT
O
工作状态指示
6
VCCIO
2.85V接口电平输出
IO参考电平，负载能力<
15mA
7
RXD
I
模块接收数据
最大电压3.3V
8
TXD
模块发送数据
9
DTR
用户电路就绪
10
RING
振铃指示
11
SIMIO
SIM卡数据
需要外部上拉到SIMVCC
12
SIMCLK
SIM卡时钟
13
SIMRST
SIM卡复位
14
SIMVCC
SIM卡电源输出
15
16
DCD
数据载波检测
暂不支持
17
DSR
模块就绪
18
EMERGOFF
紧急关机
模块内部上拉到VCCRTC，外部不能输入高电平。
19
ON/OFF
开关机控制
低电平开机。
更多说明请参见后面开机、复位说明。
20
21
RF_ANT
射频输入/输出
此管脚适用M590E
其他焊盘为测试点，主板走线时请注意对应位置不能露铜，防止贴片时短路
说明：
所有IO口的最高电压不能超过3.15V。
6.接口设计参考
6.1.电源及复位接口
表4电源及复位接口
1，4，15，20
2，3
2.85V接口电平输出//模块正常运行状态指示
低电平，10uS
低电平，300ms
6.1.1.电源
第2、3pin的VCC_MAIN为模块主电源，电源输入范围为3.3V-4.8V，推荐值为3.9V。
模块管脚处输入的瞬间最大电流为2A，请在靠近模块处放置低阻抗的滤波电容，电容的容值越大，要求电源输出的最大电流越低；
具体数据请见下图：
C1推荐使用1000uF的低阻抗铝电解电容，如果体积受限，可以改用470uF的钽电解。
如果是锂电池直接供电，由于锂电池的内阻小，瞬间大电流的驱动能力强，C1可以考虑用100uF的钽电容。
最大电流出现在弱信号下的通话或者数据传输过程中，典型的电流、电压曲线如下图：
电源设计要保证在运行过程中，电压不能低于3.3V，否则模块会关机。
另外，请注意，模块在主电源断电、但IO（串口接收3.3V）还有电的情况下，外加的3.3V会通过模块内部两个保护二极管串到VBATT和其他IO上。
如下图
图1IO电流反馈到VBATT上或其他IO上
解决办法：
在模块未加电时，请保证单片机和模块的连接都为低电平或者高阻，比如将单片机的串口发送设置为低电平（配置为IO输入等）。
6.1.2.上电时序
第18pin的EMERGOFF为模块紧急关机脚。
EMERGOFF信号详细上电时序如图2，模块上电后，当VCCRTC稳定达到2.85V4ms后，EMERGOFF为高阻态，持续时间为14ms。
之后，EMERGOFF输出22ms低电平，使模块内部复位。
VCCRTC为RTC电源，管脚未引出模块，VCC_MAIN达到2.5V135uS后，VCCRTC输出2.0V电压。
图2模块上电时序图
6.1.3.ON/OFF管脚说明
第19pin的ON/OFF为输入管脚，可由外部控制模块开机和关机，低电平有效。
ON/OFF模块内部有弱上拉。
开机流程：
在模块处于关机时，模块的ON/OFF脚如果拉低持续300ms以上，则模块开机。
开机时，模块的串口会自动输出“MODEMSTARTUP”提示，同时模块的LIGHT会开始1秒的闪烁，VCCIO持续输出2.85V。
关机流程：
在开机状态下，若ON/OFF为高电平，此时将ON/OFF加低电平持续300ms以上（或者使用AT指令，参考AT指令手册），则模块会进入关机流程，注销网络，通常5秒左右会完全关机，此时再将主电源关闭；
若ON/OFF为低电平，将ON/OFF拉高后再加低电平持续300ms以上，模块会进入关机流程，注销网络，通常5秒左右会完全关机，此时再将主电源关闭。
M590推荐的高电平开机电路：
图3M590推荐的高开机电路
M590需要低电平开机，通过以上电平变换后，用户控制侧（USER_ON）为高电平开机。
ON/OFF也可以直接和地短接，这样模块会上电自动开机。
注意：
ON/OFF管脚具备关机和开机功能，注意避免重复触发导致开机或关机失败。
如：
用户希望进行开机时，却给了2次300ms的低脉冲，导致模块关机。
ON/OFF管脚的关机功能是通过模块软件识别的，如模块软件未正常运行，将不能正常关机。
6.1.4.模块的异常恢复
模块由于运行环境复杂，工作时间长，存在死机、假连接等异常问题。
出现异常时如何自动恢复，模块的应用设计时必须充分考虑。
我们推荐两种方式：
（1）模块的主电源可以控制，关闭主电源，再重新上电。
这种方式最彻底、最可靠，无人值守的设备，建议用这种方式。
（2）控制EMERGOFF脚（紧急关机）为低电平100ms，使模块硬关机，类似于处理器硬复位。
这种方式一般用于电池供电的手持设备，如果这种方式无法恢复，可能需要手动断电。
在断电或者复位前，不管模块是否有响应，请先执行关机流程，5秒后再开始上述操作。
因为在硬关机时，如果模块正执行存储器写操作，有可能造成程序损坏。
第18pin的EMERGOFF的功能是紧急关机，在模块上电后，有短暂的输出态。
用户采用EMERGOFF关机，属于硬关机，即不需要模块软件识别关机，相当于直接关电源。
如关机时，模块正执行FLASH写操作，有可能造成FLASH损害，因此，建议用户采用EMERGOFF结合AT关机命令对模块关机。
EMERGOFF在模块内部上拉到VCCRTC，外部不能输入高电平，否则可能会导致开机异常。
EMERGOFF在模块内部的连接示意图如下：
图4EMERGOFF在模块内部的连接示意图
模块上电时，由内部的电源管理部分（PMU）完成对基带的上电复位，见上图中的EMERGOFF信号，这个上电复位输出的脉冲宽度为22ms左右。
PMU的复位输出为OC输出，内部上拉到VCCRTC（2.0V），上拉电阻的阻值范围在10~15K左右。
紧急关机电路设计建议：
1）对EMERGOFF的控制最好为OC输出，如不需要使用，EMERGOFF可以悬空。
图5EMERGOFFOC控制（C6、R11要靠近模块管脚）
2）EMERGOFF的有效紧急关机脉冲宽度最少10uS。
有效低电平不能高于0.4V。
强烈要求用户不使用此管脚做关机处理，模块异常时可通过断电恢复，若必须使用，要做好抗干扰处理，且必须OC控制。
6.1.5.VCCIO管脚说明
第6pin的VCCIO是模块提供的参考电压，幅值为2.85V，负载能力为15mA，建议仅用于接口电平转换，不作它用。
关机后，VCCIO输出关闭。
另外这个管脚可以用作模块运行的指示：
正常运行或者休眠为为高电平，关机时为低电平。
6.2.串口
表5串口接口
模块作为DCE设备，模块和终端（DTE）设备信号连接如下图：
图6DCE和DTE设备信号连接图
模块串口为2.85V的CMOS电平信号，最高允许3.3V输入，支持1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600，115200的波特率，默认速率为115200bps。
图7电平变换电路图
图7为电平变换电路，当CPU电压大于3.3V时，模块接收要进行电平变换（注意，此电平变换电路无法对模块进行软件升级，使用时请根据需要选择方案）。
CPU电压为3.3V时，可串200欧的电阻直接与模块进行通讯，不需要进行电平变换。
靠近模块接收端建议加小于100PF的滤波电容，以提高模块接收的抗干扰能力（如图7）。
请注意：
串口请避免在加电瞬间有数据产生，应等模块开机至少2S后再给模块发送数据，目的是为了避免模块进入工厂模式。
串口通常用于AT指令、数据业务、升级模块软件等。
特别提醒：
目前不提供DCD/DSR功能。
表格6IO输入/输出特性
IO输入/输出特性描述
IO输入/输出特性
符号
最小值
最大值
单位
条件
低电平输入范围
VIL
-0.2
0.57
V
高电平输入范围
VIH
2.0
3.3
低电平输出范围
VOL
0.2
负载电流<
2mA
高电平输出范围
VOH
2.5
2.85
DTR管脚为低功耗控制管脚，若不使用建议悬空。
低功耗使用见AT指令集。
RING信号指示：
1）语音来电：
有语音来电时，输出周期为5s脉宽为30ms的低脉冲。
电话接通后，恢复成高电平；
2）来短信：
有短信到来时，产生一个35ms脉宽的低脉冲提示；
6.3.SIM卡接口
表7SIM卡接口
模块外部需要接上拉电阻（4.7K~10K）到SIMVCC
结电容<
100pF
图8SIM卡接口设计参考Ⅱ
模块支持3V和1.8V的SIM卡。
第14pin的SIMVCC是SIM卡供电电源，电压2.85V，负载能力30mA。
只有对SIM有操作时，该电源才有输出。
第11pin的SIMIO一般为50K波特左右，需要外接上拉电阻到SIMVCC，上拉电阻的大小可以根据SIM卡走线情况选择，一般为10K。
第12pin的SIMCLK是SIM卡时钟线，一般为3.25MHz，要求PCB布线不能分叉，短粗。
远离天线和射频，结电容不能超过100pF。
SIM卡电路建议在靠近卡座除SIMVCC脚用0.1UF的电容外，其他管脚并接27~33pF的电容（见图8），且在设计PCB时，电容尽量靠近SIM卡管脚放置。
注：
小的滤波电容主要防止天线距离主板/SIM卡过近，导致射频辐射相互干扰，比如使用短胶棒天线或者内置天线的情况。
6.4.指示灯
表8指示灯接口
模块运行时，指示灯就1秒亮、1秒灭地闪烁，没有插卡或者没有信号也是如此。
若改变LIGHT的工作状态指示，请参考AT指令集。
6.5.射频连接器
M580使用的天线接口为Murata（村田）公司的GSC射频连接器，具体型号为MM9329-2700RA1，外接天线通过射频电缆连接。
该连接器封装信息如下图所示。
射频接口的阻抗为50Ω，模块天线部分应采取必要措施避免有用频段干扰信号，在外部天线和射频连接之间要有良好的屏蔽，而且，要使外部的射频缆线远离所有的干扰源，特别是高速数字信号及开关电源等。
模块所用天线按照移动设备标准，驻波比应在1.1到1.5之间，输入阻抗50Ω，使用环境不同，对天线的增益要求也不同，一般情况下，带内增益越大，带外增益越小，天线的性能越好。
当使用多端口天线时，各个端口之间的隔离度应大于30dB。
如双极化天线的两个不同极化端口，双频天线的两个不同频段端口之间，以及双频双极化天线的四个端口之间，隔离度应大于30dB。
6.6.信号连接器和PCB封装
M590E采用21pin半孔（邮票孔）连接，管脚间距为2.54mm。
推荐的模块PCB封装如图9所示。
图9M590E模块推荐的PCB封装图（topview）
如果射频焊盘（pin21）未用，则该焊盘对应的主板位置需要挖铜处理。
如果有射频走线，射频走线背面也要做挖铜处理，且周围要多打地孔。
模块射频测试点周围要有直径大约2mm的挖铜区域，且周围打满地孔；
此挖铜区域与第21脚挖铜区域之间要有地做隔离。
模块的第20脚要接地完整，要被地完整包围，不能留有缺口，对射频造成影响，或射频通过缺口造成模块掉卡问题。
图10M590E模块推荐的PCBLayout图
标注为NC的管脚，主板上可以不设计焊盘，对应位置需要用丝印覆盖，防止绿油破损导致短路。
7.装配
M590E的连接采用焊盘焊接方式连接。
8.缩略语
ADC
Analog-DigitalConverter
模数转换
AFC
AutomaticFrequencyControl
自动频率控制
AGC
AutomaticGainControl
自动增益控制
AMR
Acknowledgedmultirate（speechcoder）
自适应多速率
CSD
CircuitSwitchedData
CPU
CentralProcessingUnit
中央处理单元
DAI
DigitalAudiointerface
数字音频接口
DAC
Digital-to-AnalogConverter
数模转换
DCE
DataCommunicationEquipment
数据通讯设备
DSP
DigitalSignalProcessor
数字信号处理
DTE
DataTerminalEquipment
数据终端设备
DTMF
DualToneMulti-Frequency
双音多频
DataTerminalReady
数据终端准备好
EFR
EnhancedFullRate
增强型全速率
EGSM
EnhancedGSM
增强型GSM
EMC
ElectromagneticCompatibility
电磁兼容
EMI
ElectroMagneticInterference
电磁干扰
ESD
ElectronicStaticDischarge
静电放电
ETS
EuropeanTelecommunicationStandard
欧洲通信标准
FDMA
FrequencyDivisionMultipleAccess
频分多址
FR
FullRate
全速率
GPRS
GeneralPacketRadioService
通用分组无线业务
GSM
GlobalStandardforMobileCommunications
全球移动通讯系统
HR
HalfRate
半速率
IC
IntegratedCircuit
集成电路
IMEI
InternationalMobileEquipmentIdentity
国际移动设备标识
LCD
LiquidCrystalDisplay
液晶显示器
LED
LightEmittingDiode
发光二极管
MS
MobileStation
移动台
PCB
PrintedCircuitBoard
印刷电路板
PCS
PersonalCommunicationSystem
个人通讯系统
RAM
RandomAccessMemory
随机访问存储器
RF
RadioFrequency
无线频率
ROM
Read-onlyMemory
只读存储器
RMS
RootMeanSquare
均方根
RTC
RealTimeClock
实时时钟
SIM
SubscriberIdentificationModule
用户识别卡
SMS
ShortMessageService
短消息服务
SRAM
StaticRandomAccessMemory
静态随机访问存储器
TA
Terminaladapter
终端适配器
TDMA
TimeDivisionMultipleAccess
时分多址
UART
Universalasynchronousreceiver-transmitter
通用异步接收/发送器
VSWR
VoltageStandingWaveRatio
电压驻波比
9.附录一M580的待机（低功耗）模式使用说明
M580在通话、数据过程中的工作电流约为220mA，在非连接状态下的工作电流约为25mA，在待机（低功耗）模式下的平均工作电流大概是2.8mA。
在待机模式下，模块会及时响应系统侧的来电、短信和数据业务。
在本端，外部CPU也可以通过硬件IO（DTR）来控制模块退出休眠模式。
控制模块进入待机模式的基本流程：
1.保持模块的DTR输入为高电平，通过AT指令将模块设置为允许进入休眠模式，参考指令：
at+enpwrsave。
2.将模块的DTR输入置低，硬件控制模块进入低功耗状态。
通常模块会在2秒左右进入待机。
在待机模式下，模块的串口是关闭的，没有响应。
运行灯也会停止闪烁。
模块只有在空闲时才会进入待机模式，如果有数据交互未结束，不会进入待机。
3.如果本端有数据或者呼叫等主叫业务，可以将DTR置高，模块立即退出待机模式，进入正常模式，串口打开响应AT指令。
在主叫业务处理完毕后，外部CPU再将DTR置低，模块进入待机模式。
4.在待机状态下，如果模块有被叫业务，比如来电、来短信、服务器来的数据，模块会立刻退出待机模式，并通过串口输出来电信息，外部CPU在检测到串口信息后，建议先将DTR置高，再处理来电、数据等。
待处理完毕后，将DTR置低，是模块进入待机模式。
如果来电时，DTR没有置高，且串口没有信息，则模块会在2秒左右自动进入待机模式。
在语音来电时，在振铃过程中，模块的RING脚会持续输出周期的6秒，低脉冲宽度为30ms的周期信号。
在短信来电时，在使用AT+CNMI设置短信提醒后，在收到短信时，模块的RING脚会输出一个25ms低脉冲。
在数据业务来电时，RING信号每有变化，保持为高电平。
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