一种基于MINIPCI-E接口的双模数据通信单板的制作方法

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于minipci-e接口的双模数据通信单板。

背景技术：

minipci-e是基于pci-e总线的接口，相比于传统的pci接口具有更好的带宽，可以在主板上扩展，例如，minipci-e接口的ssd固态硬盘、无线网卡、3g网卡、电视卡、minipci-e转cf卡模块、蓝牙卡等，具有丰富的扩展功能。

目前市面上比较流行的是每个应用minipci-e接口的单板模块采用一块sim7600ce芯片或其它同类型数据通信芯片，其主要集成usb2.0、全功能串口、两路sdio接口、usim卡接口、gpio、adc接口、pcm接口、天线接口等多种不同接口。其中，天线接口包括gsm主天线接口与lte分级天线接口；usb接口符合usb2.0规范，并可通过usb接口升级软件；天线发射功率与数据传输速率符合一般应用场所。其中，sim7600ce芯片具有标准at命令接口，可支持gsm、td-scdma、cdma、wcdma、tdd-lte和fdd-lte，性能稳定，外观小巧，性价比高，可以低功耗的实现sms和数据信息的传输。sim7600ce芯片的尺寸为30*30*2.9mm，能适用于各种紧凑型产品设计要求，满足客户的多种需求。

对于移动网关与移动通信等应用场景，因为内部各模块需各自进行数据通信，需要配置两组具有minipci-e接口的单板模块，这就使得小型化产品体积增大，无法满足设备小型化和精密化的要求；同时，单板模块占据的空间本可以进行电路板元器件布局或其他用途，但如果利用两块该单板模块，一定程度上有一些多余设计与重复设计。另外，如何提升单板模块通信的性能，例如通信带宽、安全性和稳定性，也一直是关注的重点。

技术实现要素：

为解决现有技术中，一些应用场景中的电子设备需要配置两组数据通信模块时无法满足设备小型化的技术问题，本发明公开一种基于minipci-e接口的双模数据通信单板，在一块pcb单板上集成两块数据通信芯片(例如sim7600ce)。

本发明公开一种基于minipci-e接口的双模数据通信单板，包括具有minipci-e接口连接器的pcb单板，布置在pcb单板正面的第一通信芯片、usb_hub电路、dcdc电压转化电路和第一主天线接口，以及布置在pcb单板背面的第二通信芯片和第二主天线接口；所述usb_hub电路具有一路信号输入端和两路信号输出端，所述usb_hub电路的信号输入端连接minipci-e接口连接器的usb接口；所述第一通信芯片的输入端连接usb_hub电路的一路输出，第一输出端连接第一主天线接口；所述第二通信芯片的输入端连接usb_hub电路的另一路输出，第一输出端连接第二主天线接口；所述dcdc电压转化电路将minipci-e接口输入的电压转化为3.8v后分别提供给第一通信芯片和第二通信芯片。

作为一种优选方案，所述第一通信芯片和第二通信芯片具有相同的ip地址。

作为一种优选方案，该双模数据通信单板还包括布置在pcb单板正面的的第一分集天线接口和布置在pcb单板背面的第二分集天线接口；所述第一分集天线接口连接第一通信芯片的第二输出端，所述第二分集天线接口连接第二通信芯片的第二输出端。

作为一种优选方案，所述第一通信芯片、第二通信芯片为sim7600ce芯片。

作为一种优选方案，所述usb_hub电路配置有usb_2514b芯片。

作为一种优选方案，所述minipci-e接口连接器配置有标准at命令接口。

作为一种优选方案，所述minipci-e接口连接器配置有pcm接口、usb接口、uart1接口、uart2接口、sim1接口、sim2接口。

作为一种优选方案，所述pcb单板采用六层叠层设计。

有益效果：

1)将两块数据通信模块集成到一块pcb单板上，只需要增加少许厚度，即可少布置一整块数据通信单板，节省了设备内部较大空间，节省的空间可以进行其它元器件的布局或用作其它用途，也为后续通信单板的设计提供了参考，促进了军用和民用通信设备的小型化发展的需求。

2)可将该单板的两块数据通信模块的ip绑定在同一ip地址上，可增大数据通信的带宽，提升数据通信速率，还能较好的实现负载均衡，以满足数据通信方面的更高标准和要求；此外，这种采用双模块通信还可产生冗余链路，冗余容错能力，当其中一块数据通信模块发生故障时，另一块立刻接管全部负载，过程是无缝的，服务不会中断，使数据通信的安全性和稳定性更强。

3)可采用双天线设计，可抵消快衰落对接收信号的影响，使信号接收能力更强，灵敏度更高。

4)具有较好的通用性，配置有标准at命令接口，可支持gsm、td-scdma、cdma、wcdma、tdd-lte和fdd-lte，不仅适用于sim7600ce芯片，其它4g通信方案的芯片也可采用类似设计，例如，quectele20/mc20cb、m5311、sim800c及sim868gprs等。

附图说明

图1：基于minipci-e接口的双模数据通信单板电路结构示意图；

图2：基于minipci-e接口的双模数据通信单板的布局示意图。

具体实施方式

一般电子设备需要为数据通信单板提供一定的安装空间，而数据通信单板占据的空间内无法进行其他设计工作。在一些产品设计的实际应用中，通常需要用到两个数据通信模块，而由于小型化和精密化要求，同时采用两块数据通信模块的单板的做法会使得设计的产品中的空间比较紧凑，元器件布局和设备结构设计比较困难，因此，需要考虑如何将两个数据通信模块整合，同时提升模块的性能。经过方案探索与研究验证，我们可以通过将两个数据通信模块集成到一块单板上，不改变单板的大小，仅仅略微增加单板的厚度，即可实现这一操作。而在同一单板上集成两个数据通信模块这一方案思路，不仅节省了很大空间；并且，由于双模块设计还增加了带宽，使数据通信单板在数据通信中具有更加稳定和加快数据传输速度；同时，双模块设计还提供了双路冗余途径，这将大大增加模块的稳定性与安全性，最终实现提升原数据通信单板性能的目标。

本发明提供的双模数据通信单板可以充分利用原单板上的剩余空间，集成原单板上没有的usb_hub、dcdc等新的模块，这些新模块用于新方案的实现。而通过对新模块的布局与叠层设计，以及对原pcb布局进行反复重新布局与空间压缩，在确保模块所需功能正常使用的前提下去除次天线模块等可缺省部分，并在安全无互相干扰的影响下进行layout设计，最终实现预期的集成效果，在新单板上实现两个数据通信模块的功能，并完成minipci-e接口定义，用户可直接进行使用和开发设计。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步解释说明。

结合图1和图2所示，实施例中公开一种双模数据通信单板(简称双模单板)，实现数据通信单板常用需求的同时尽量精减设计，经过反复验证，该pcb单板采用6层叠层设计。单板具有minipci-e接口，正反两面分别集成一个sim7600ce数据通信芯片(可被其他类似类型的数据通信芯片替代)及外围电路。

该双模单板的pcb板采用6层叠层设计，尺寸为50.75mm*31mm*7mm，其中，pcb上层器件的高度约为3mm，下部器件的高度约为3mm，pcb板厚1mm。该双模单板的总厚度总共约为7mm，比原单板只厚了约3mm，但其为达到预期充分利用了模块上的所有空间，并满足尽量减少厚度增加的要求。

如图1所示，该双模单板包含两个数据通信模块，以及usb_hub模块，dcdc模块，天线模块等。其中，以usb_2514b芯片为主体的usb_hub电路，将进入的一路usb总信号通过usb_hub分成两路，分别提供给两个主芯片作为信号输入；同时增加dcdc电压转化电路，将电压进行电压转化得到3.8v，3.8v电压可同时对两个主芯片进行供电；天线模块部分可进行数据的收发处理，但由于板内无多余空间，单板只保留了主天线和分集天线并进行了重新布局。该双模单板采用集成的直插型数据通信单板，可直插于有minipci-e接口的底板上，方便快捷，可实现性和可操作性都较强。实施例中，minipci-e接口配置有sim1、sim2、uart调试串口、smb、usb、led、pcm等接口。结合表1所示，根据数据通信的标准与要求进行接口信号定义，可通过直插进行使用，minipci-e接口具有52个pin脚，其中，pin脚设计充分考虑实际应用需求。单板接口引出的各信号，基本可以满足大部分实际应用和需求。用户对接该模块后可完成数据传输、调试，以及两个sim的引出等功能。该模块方便快捷，即插即用，用户只需根据我们的定义相应进行对接与供电，即可实现各所需功能。

表1实际应用时minipcie接口的定义

作为一种优选方案，还可以将具体提高单板通信性能的实现方式与原理为,通过软硬件设置将该单板的两块数据通信模块的ip绑定在同一ip地址上。

该双模块设计方案，可有效提高单板的通信性能。通过双模块设计，为提高通信带宽，提高通信速率，利用双路冗余原理增强数据通信的安全性与稳定性提供了途径与方案，可有效增强服务器的负载承受能力和冗余容错能力。该方案可有效改善使用单块百兆网卡在局域网里拷贝大文件时时易出现电脑停止响应等类似情况。且该单板设计符合实际应用需求，一般同一台服务器可绑定2个数据通信模块，若绑定更多数据通信模块可能因链路聚合的先天缺点而过多占用服务器资源，反过来影响服务器速度。其中，所谓的双路冗余就是指双线路作备份，如果其中一个线路出现故障，另一个线路会保证业务不中断，网络操作不受影响。这无论在军用或民用时，都可以为产品数据通信的安全性以及稳定性提供重要保障。

首先，该方法可增大带宽和实现负载均衡，理论上，该方案可直接提升一倍带宽，实际应用效果比理论值略低，但对于增加带宽，保持带宽的稳定性有极大的提升作用，同时，该方法建立在现有网络结构上，将通信分担到两个移动通信模块单元上执行，也提供了一种廉价有效透明的负载均衡方法以扩展网络设备和服务器的带宽、增加吞吐量、加强网络数据处理能力和提高网络的灵活性和可用性；其次，该方法可产生冗余链路，而冗余链路可以形成模块冗余阵列、分担负载，双数据通信模块被绑定成“单数据通信模块”后进行同步工作，对服务器的访问流量被均衡分担到两个数据通信模块，这样数据通信时的负载压力就小多了，抗并发访问的能力提高，保证服务器访问的稳定，而当其中一块发生故障的时候，另一块立刻接管全部负载，过程是无缝的，服务不会中断。且软硬件设置操作与调试方便，可操作性较高，易实现单板性能的全面提升。

如图2所示，对原设计进行重新布局，防止严格按照布局规则，防止线间干扰，确保信号完整性的pcb设计。主天线接口与分集天线接口放置在pcb板上侧，需与天线进行对接。主天线接口主要负责射频信号的发送与接收。分集天线接口只负责接收信号而不发送，主要是为了抵消快衰落对接收信号的影响。基站会把从两个接口收到的信号进行合并处理，从而获得分集增益。

本发明在该双模单板主要的布局布线过程中，进行了器件的重新布局与精简空间，如图2所示，单板顶层上半部分包括主芯片、两个天线接口及外围电路、两个定位孔，下半部分充分利用全部空间，放置了新的usb_hub模块、dcdc模块，以及主芯片部分外围电路；单板底层上半部分包括另一主芯片、两个天线接口及外围电路、两个定位孔，下半部分左右两侧分别为dcdc模块和usb_hub模块所需的大电容，中间部分为较小元器件(主要包括主芯片及两个模块的部分外围电路)，最终实现对模块空间的全部充分使用。

单板对分集天线等元器件进行预留处理，即不进行贴片但保留该部分，以在需要使用时进行贴片与使用。layout布局时对天线部分进行派型设计，在节省布局空间的同时完成标准天线布局的要求，使单板最终完成全部所需元器件的布局，同时也兼顾了美观性和实用性。

该双模单板的总功耗估值约3.5w，天线发射功率和数据传输速率符合比较先进的标准，总体设计完成预期要求。

本发明提供的双模数据通信单板，硬件可加载到指定频段，软件支持标准的lte协议，软硬件高度集成模组化，具有通信速度快、网络频谱宽、通信灵活等特点。硬件将射频、基带集成在一块pcb小板上，完成无线接收、发射、基带信号处理功能。数据通信模块通过高速联网，将所有终端业务数据及设备运行状态实时传输到业务中心，通过管理监控平台，实时监测终端设备运行状态，并可及时排查设备故障。在运营成本、运营规模、服务时效等多方面大大提升了效率。该通信单板性能稳定，外观小巧，性价比高，可以低功耗实现sms和移动信息的传输。且速率较快，稳定性较强，性能强大，能适用于各种紧凑型产品设计需求，能满足客户的多种需求，符合数据通信模块设计的趋势。本产品工作温度为-30℃～+70℃，贮存温度为-40℃～+85℃，适用于需要进行数据传输，并且有数据传输稳定性等要求的各类电子产品，并且通过集成具有更丰富更强大的功能。发明涉及的电路外围简单、成本低廉、实用稳定。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。