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关于PCB的设计实践，都以合宙的4G模块Air724UG作为基础，做成一个4G通信的可插拔式集成子电路，作为产品可选扩展的4G通信功能。先看看完成效果图，如图4.1所示。
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图4.1 4G模块集成子电路完成效果图: L8 @: i5 U" t- m
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在开始PCB设计之前，还是有必要对原理图的各个子模块进行介绍。至于pads下原理图如何设计，前面有介绍，不清楚的朋友可以回顾之前的内容。 9 x& J/ S0 \/ n, L2 P. _- q9 R
① 电源子模块 对于任何一个产品，电源是必不可少的，因为有电，产品才能工作，所以第一步先介绍电源的设计。合宙对Air724UG提供了较为完善的资料，详细可参考《Air724UG模块硬件设计手册》。Air724UG的电源供电要求是3.1V~4.4V,关于电源的设计，硬件设计手册里也有参考，本设计中由于供电12V的原因，因此采用了DC-DC电源，而不使用LDO，因为在前面的内容已经有介绍，如果输入输出电压差异较大，LDO损耗较大，发热量也大。电路如图4.2所示。 g: R$ |: J$ o1 Z( G9 M
图4.2电源子模块设计
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由于本设计目的是与STM32通信，因此为了电平匹配，还需要提供一个3.3V的电源，因此再做一级LDO，选用常用的LM1117，电路图如图4.3所示； 6 [+ p z1 _5 V; T. N
4.3 3.3V电源设计+ }1 t- s) \' @$ m$ u) p
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② 开机/复位电路 Air724UG的开机时序图如图4.4所示，从图中看出，在电源通电后，需要把PWRKEY拉低1.2s的时间，复位时序也类似，因此，可以参照前面介绍的三极管控制方式设计开机电路和复位电路，如图4.5所示； 4.4Air724UG开机时序图% j+ ~8 `" G6 ?6 q3 X
, I5 O6 P& v. C& F# @1 L. X
4.5 开机/复位控制电路1 d5 X; {. @0 G; n
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在这里，三极管SS8050的集电极（C极）没有接上拉电阻，原因是Air724UG在内部已经做了上拉，参考如下说明。3 I: l+ N+ O4 z: c& y S
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4.7k与47k的电阻构成分压电路，这么设计的原因，一个是确保在控制端口PWR_CTL在稳定的状态时，使三极管SS8050的基极处于一个稳定的低电平，确保不会异常动作；另外一个是使导通与截止的切换时间更短。
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③ 电平转换电路 Air724UG的串口电平是1.8V的，因此与3.3V或5V的单片机进行通信的话，必须要做电平转换，以下是合宙推荐的电平转换电路如图4.6所示。在这里，我为了简便，直接使用了电平转换芯片TXS0104EPW,应用电路如图4.7所示，读者可以根据自己的需要选择。
/ D2 ?& ?$ q" B/ h' x. D3 i 4.6 合宙官方推荐电平转换电路: Q/ M; n8 {: ~- a* {
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4.7 使用TXS0104EPW做电平转换 6 u* W/ N- Q7 X3 O0 Y8 B
④ 状态指示电路 Air724UG提供了3个用于状态指示的I/O口，如下所示。读者可根据自己的需要，确定使用哪一个作为状态指示，当然也可以都不要，但是建议至少保留一个，因为这样方便知道Air724UG开机后处于工作状态，便于后续的硬件调试。
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这里由于空间足够，因此我把3个指示信号都引出了，驱动不同颜色的LED灯，便于确认模块当前处于哪个状态。这里就用到了之前介绍过的驱动LED的知识点，电路图如图4.8所示。
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4.8 状态指示驱动电路+ t7 f. |' {+ x) ]0 h
/ A0 L5 `- O: f9 C6 `
⑤ SIM卡驱动电路 这部分的电路，直接参考合宙官方推荐的电路，如图4.9所示。不过我TVS采用了阵列形式，节约空间。) h9 O4 p$ F9 x4 }
4.9 SIM卡驱动电路* O( q" @; e* G m- B" Z
9 d4 S4 }+ y- Z) E2 c
⑥ 射频参考电路 这里同样采用的是合宙官方的推荐电路，预留的Π型网络，如图4.10所示。 4.10 射频参考电路4 Y; S: u. _. ~2 I4 q
+ m+ D5 K1 O5 p) C( i! _$ n# s
这里说一下，官方推荐是走微带线，以及做50欧姆的阻抗匹配。这里的阻抗匹配涉及到PCB板的介电常数，铜箔的厚度，走线的宽度，这些是专门做射频天线的厂家才比较专业。我对这块也不熟悉，也没有真正做过阻抗匹配，我自己的经验来看，就是4G模块到天线的走线尽量短，尽量走直线，如果非得要拐角，做圆角或45°脚，千万不能走直角。从我做了几款产品来看，基本天线的强度都在35~42之间，满足室内使用的要求，如果读者也遇到同样的问题，最好能请专业的天线工程师进行天线的调试，并做相应的阻抗匹配。 3 R* Z3 C# y4 ^) n& z9 T
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发表于 2021-6-9 10:00
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