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Air780EP SIM 卡接口设计指导

概述

SIM 卡接口由于连接 SIM 卡，读取 SIM 卡信息以便在注册 4G 网络时进行鉴权，身份验证。是 4G 通信系统的必要功能。Air780EP 支持两路 SIM 卡，支持双卡切换，以便设备能灵活选择，切换网络。

SIM 卡接口功能描述

Air780EP 模块支持 2 路 USIM 接口，支持双卡单待功能，均符合 ETSI 和 IMT-2000 规范。其中，USIM1 接口自适应支 持 1.8 V 和 3.3 V USIM 卡，USIM2 接口支持 USIM 卡的电平与模组 GPIO 电平配置相同，模组 GPIO 电平配置为 1.8V 时，USIM2 只支持 1.8V 的 SIM 卡，模组 GPIO 电平配置为 3.3V 时，USIM2 只支持 3.3V 的 SIM 卡；

SIM 卡相关管脚

Air780EP SIM 卡信号分别是如下管脚：

SIM 卡电气特性

特性：

  • 支持SIM卡类型： USIM1接口：1.8V/3.3V USIM卡 ； USIM2接口：与模组GPIO电平配置有关，模组GPIO电平配置为1.8V时，USIM2只支持1.8V的SIM卡，模组GPIO电平配置为3.3V时，USIM2只支持3.3V的SIM卡；
  • 支持协议：ETSI / IMT-2000
  • 双卡特性： 双卡单待
  • SIM卡在位检测：USIM1支持； USIM2不支持；

USIM_RST, USIM_CLK, USIM_DAT 信号电器特性

SIM 卡时序

激活时序：

当SIM卡的触点接通序列结束后（RST 处于低电平，VCC稳定供电，ME的I/O处于接 收状态，VPP 被置为空闲状态，CLK提供适当的、稳定的时钟），SIM卡准备复位。如下图 所示。 - 时钟信号在T0时刻加到CLK触点，I/O总线在时钟信号加到CLK触点200个时钟周 期（T0时刻之后的t2时间段）之内应该处于高阻状态； - 内部复位的SIM卡，在几个时钟周期之后开始复位，复位应答应该在400～40000 个时钟周期内开始（T0时刻之后的t1时间段之内） - 低电平复位的SIM卡的复位信号至少在40000个时钟周期内RST触点维持低电平（T0 之后的t3时间段内），如果在40000个时钟周期内没有复位应答，则RST触点被置为高电平； - I/O端的复位应答必须在RST上升沿开始的400～40000个时钟周期内开始（T1时刻之后的t1时间段之内） - 如果复位应答在400～40000个时钟周期内没有开始（T1时刻之后的t3时间段之内）， 则RST触点的电平将被置为低电平（在T2时刻），触点也将被ME释放。

双 SIM 卡切换功能描述

Air780EP支持双卡单待，同一时间只能使用其中一个SIM通道。可以通过相应的AT指令或者LuatOS相应的API进行SIM卡通道切换。 特性： - 模块开机会默认检测SIM1通道，在SIM1通道检测到SIM卡不在位的情况下才会去检测SIM2通道。 - USIM_DET信号为SIM卡插拔检测管脚，上下边沿电平触发中断，触发系统进行SIM1通道的卡在位检测。而SIM2通道不支持SIM卡插拔检测。 - 对于内置贴片SIM卡的双卡应用场景，建议将贴片SIM卡置于SIM2通道，外置插拔SIM卡座置于SIM1通道，以实现优先使用外置插拔SIM卡的效果。 - 由于Air780E是双卡单待模式，因此同时只能有一张SIM卡在工作，因此系统在切换SIM卡时，会重新注册网络。

SIM 卡接口电路设计指导

如下时常用的 SIM 卡参考设计：

USIM1 通道：

USIM2 通道：

设计注意事项：

  1. SIM 卡座与模块距离摆件不能太远，越近越好，尽量保证 SIM 卡信号线布线不超过 20cm。
  2. SIM 卡信号线布线远离 RF 线和 VBAT 电源线。
  3. 为了防止可能存在的 USIM_CLK 信号对 USIM_DATA 信号的串扰，两者布线不要太靠近，在两条走线之间增加地屏蔽。且对 USIM_RST_N 信号也需要地保护。
  4. 为了保证良好的 ESD 保护，建议加 TVS 管，并靠近 SIM 卡座摆放。选择的 ESD 器件寄生电容不大于 50pF。在模块和 SIM 卡之间也可以串联 22 欧姆的电阻用以抑制杂散 EMI，增强 ESD 防护。SIM 卡的外围电路必须尽量靠近 SIM 卡座。
  5. 在需要模块进入休眠的场景 SIM_DET 禁止用 VDD_EXT 上拉，否则会造成无法休眠的问题。建议用 VREF_VOLT 上拉。
  6. USIM2 通道由于是与普通 GPIO 口复用，因此无法自适应 1.8V/3.3VUSIM 卡，USIM2 的电平只能与 VDD_EXT 保持一致，也就是与模组 GPIO 电平保持一致。
  7. USIM2_DAT 和 USIM2_RST 在模块内部被 4.7K 上拉到 USIM_VDD; USIM2_CLK 通过 100k 上拉到 RefVolt, 因此如果要使用这三个管脚复用 GPIO，要注意上拉电阻对外设的影响。
  8. USIM1_VDD 和 USIM2_VDD 共用同一个电源，内部是同一个网络，因此 USIM1_VDD 和 USIM2_VDD 总是同时上下电，即使 USIM2 通道不使用。
  9. USIM_DET 只支持 USIM1 通道，通过中断触发系统查询 SIM 卡是否在位，因此，USIM_DET 只要是电平变化就能触发中断，无论是高电平或是低电平。

SIM 卡常见问题

  • 在出现 SIM 卡不识别卡时，测量 SIM 卡供电 VDD_SIM，总是发现 VDD_SIM 为低电平。

** 原因：**SIM 卡在初始化时，系统会尝试 4 次与 SIM 卡交互，此时 VDD_SIM 也会打开 4 次，分别在 1.8V 和 3.3V 交替检测，若检测不到 SIM 卡，VDD_SIM 卡就会关闭,如下图。因此在检测不到 SIM 卡的情况下 USIM_VDD 总是低电平。

** 设计建议：**VDD_SIM 不输出不是 SIM 卡不识别的原因，而是结果，SIM 卡上任何一个信号异常均会导致 VDD_SIM 自动关闭；