Разработка и анализ структурной схемы GSM модуля

Для обеспечения функции передачи данных в разрабатываемом устройстве определения местоположения транспортных средств с применением GSM и GPS стандартов предусмотрено наличие GSM модуля, схема которого изображена на рисунке 3.3

Радиочастотная часть модуля основана на специализированной двухдиапазонной микросхеме, включающей в себя:

цифровой приемник промежуточной частоты;

двухполосный малошумящий усилитель;

частотный синтезатор;

трансмиттер;

управляемый кварцевый генератор;

приемопередающий узел.

 

Рисунок 3.4 – Структурная схема встраиваемого GSM модуля.

 

Для подключения антенны или антенного разъема (любого типа - SMA, UFL и др.) достаточно обеспечить 50-омную микрополосковую линию и диод перед входом модуля для защиты от электростатических разрядов. Для защиты от электромагнитного шума микрополосковая линия должна быть окружена общим проводом.

Радиочастотные характеристики модуля совместимы с рекомендациями стандарта GSM 05.05.

Характеристики приемника, входящего в состав радиочастотного блока следующие:

чувствительность в диапазонах E-GSM900/DCS1800 - минус 109дБм;

селективность фильтров при отклонение 200 кГц > 9 дБн, при отклонение 400 кГц > 41 дБн;

подавление соседнего канала > 9дБн.

линейный динамический диапазон составляет 63дБм.

Основная функциональность модуля обеспечивается при помощи специализированной сверхбольшой интегральной микросхемы (22), которая состоит из процессорного ядра общего назначения архитектуры ARM946, цифрового сигнального процессора. Собственная частота синхронизации ARM946 программируется до 104 МГц. Процессор оснащен кэш-памятью данных и инструкций (каждая по 8 кбайт) и характеризуется быстродействием доступа к памяти до 52 МГц. Прикладной процессор исполняет запрограммированную в модуль операционную систему реального времени (ОСРВ) Open AT® вместе с обширным набором плагинов (поддерживаются бесплатной средой для программирования M2M Studio). Данное программное обеспечение предоставляет возможность управления модулем в двух режимах: в режиме модема посредством AT-команд, передаваемых внешним микропроцессором через последовательный интерфейс, и в режиме беспроводного процессора посредством исполнения написанной на языке Си или LUA программы. В состав устройства также входят ряд аналоговых элементов и цифровых интерфейсов. Напряжение питания ядра 1,2 В и напряжение цифровых интерфейсов 2,8 В поступает от контроллера питания(13), который преобразует напряжение, подводимое от аккумуляторной батареи либо автомобильного контроллера по цифровому интерфейсу microUSB.

Модуль имеет достаточно богатый набор интерфейсов и сигнальных линий:

коммуникационный интерфейс UART- основной интерфейс до 921кбит/с V24-совместимый для связи с внешними модулями;

интерфейсы цифрового ввода/вывода: 2 × SPI (102 кбит/с...13 Мбит/с);

I²C (до 400кбит/с);

параллельный интерфейс EBI;

интерфейс 1.8-/3-вольтовых SIM-карт.

Номинальное напряжение питания цифровой части модуля 2,8 В делает его напрямую совместимым с 3,3 В логикой (например внешний управляющий контроллер).

Модуль поддерживает как 3 В SIM-карты, так и 1,8 В версии. Интерфейс SIM-карты полностью совместим с рекомендациями GSM 11.11.

Последовательный порт UART позволяет управлять модулем и отслеживать его состояние. При этом UART (основной последовательный порт) является универсальным, доступным для передачи команд, данных и чтения состояния, и используется для связи модуля с хост-контроллером или ПК. UART содержит восемь сигнальных линий и логически совместим с протоколом v24. Для получения совместимости с интерфейсом RS232 достаточно простой микросхемы преобразователя уровней. Поддерживается набор скоростей от 1200 до 115200 кбит/с с автоопределением битовой скорости. При работе с модулем в зависимости от задач и желаемой функциональности используется от двух до всех восьми линий интерфейса.

Второй асинхронный интерфейс, как часто принято для GSM/GPRS модулей, предназначен только для вывода отладочной информации и содержит всего две линии.

Для организации голосовой связи в данном устройстве для передачи сигналов GSM предусмотрен аудио контроллер (10). С его помощью происходит управление и первичная обработка аудио сигналов, предназначенных для воспроизведения громкоговорителями (11). Встроенные динамики подключаются к выходам аудио контроллера через стерео усилитель D-класса. Данный усилитель имеет фиксированный коэффициент усиления 12 дБ. Также данное устройство оснащено микрофоном для организации связи Hands Free (“свободные руки”). Микрофон является обязательным элементом для связи с водителем, так как обеспечивает безопасность разговора при движении. В состав аудио контроллера также входит АЦП, который преобразует аналоговый сигнал с выхода микрофона в цифровую форму. Далее этот сигнал обрабатывается, кодируется и отправляется на передачу.

Для организации видеосвязи в состав модуля GSM входит процессор обработки видеосигналов, который оснащен интерфейсом SPI для передачи видеосигналов. Управляется данное устройство с помощью специализированной СБИС. Видеопроцессор может быть оборудован аппаратным ускорителем для работы с изображениями и видео приложениями. Управляющие сигналы к нему поступают по шине управления I2C. Данный контроллер загружает видео поток в буферную память дисплея с помощью интерфейса ViSSI-12. Для передачи команд применяется интерфейс LoSSI.

Данный GSM модуль оснащен двумя устройствами для беспроводной передачи данных. Это такие устройства, как:

WLAN адаптер для подключения к беспроводной локальной сети, построенной по технологии Wi-Fi;

Bluetooth, для подключения к считывающему устройству диапазона 2.4 МГц.

Передачу данных можно также осуществлять с помощью высокоскоростного USB передатчика, однако для этого необходимо наличие физической симметричной четырехпроводной линии.

Генератор тактовых сигналов формирует сигналы синхронизации для работы всех цифровых устройств. Он также является источником тактовых импульсов для организации совместной передачи информации по цифровым шинам данных и управления.

Для обеспечения бесперебойной работы GSM модуль оснащен контроллером питания, который управляет напряжением, поступающим от бортовой сети автомобиля и резервного аккумулятора.

Таким образом реализованная модульная структура устройства позволяет обеспечить расширенную функциональность устройства для решения огромного круга задач.