基于SIM7600CE的4G扩展装置的制作方法

本实用新型属于扩展装置技术领域，特别涉及一种基于 SIM7600CE的4G扩展装置。

背景技术：

自20世纪70年代末第一代模拟移动通信系统面世以来，移动通信产业一直以惊人的速度迅猛发展，已经成为带动全球经济发展的主要高科技产业之一，并对人类生活及社会发展产生了重大影响。随着数据通信与多媒体业务需求的发展，适应移动数据、移动计算及移动多媒体运作需要的第四代移动通信开始兴起。4G高度整合3G与LAN 等技术优势，能够确保快熟传输高质量的视频、图像等资源基础上，富裕人们更加便利的信息服务并彰显出更加理想的应用价值地位。归结来讲，4G适用于一切移动通信用户，并且有助于贯彻落实无线网络、局域网、电视卫星通信等媒介的无缝衔接目标，因此如今在我国工业、交通运输等产业领域之中全面性推广沿用。|SMART基于 ARM926^TM的SAM9X嵌入式MPU是一款高性能、高度集成的处理器。该处理器运行频率为400MHz，提供了一系列丰富的连接外设，如双以太网和双CAN、三个USB端口和七个UART。低电压、低功耗和降低的系统成本使得Atmel SAM9X成为了成本敏感型机器到机器应用的理想之选。现在ARM虽然可以采用双以太网、双CAN等进行通信，但是在与普及大众的4G网络之间较难实现通信对接，且现有的ARM通信功耗比较高，数据连接速度较慢。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种新的基于 SIM7600CE的4G扩展装置。

本实用新型具体技术方案如下：

本实用新型提供一种基于SIM7600CE的4G扩展装置，所述扩展装置包括SIM7600CE模块、电源转换模块、控制信号处理模块、指示灯模块、SIM卡接口模块以及天线模块；

所述SIM7600CE模块的输入端分别连接电源转换模块的输出端、控制信号处理模块的输出端以及SIM卡接口模块的输出端，所述 SIM7600CE模块的输出端连接指示灯模块的输入端，且所述 SIM7600CE模块与所述天线模块之间双向通信。

进一步的改进，所述SIM7600CE模块包括SIM7600CE芯片、电阻R1、电容C1-C4，SIM7600CE芯片的1、2、5、10、14、37、40、 41、43、57、58、60、61、64、65、77、78、80、81引脚均接地，11 引脚通过电阻R1连接ARM的电源，38引脚和39引脚相连并连接电容C1的第一端和电容C2的第一端，电容C1的第二端和电容C2的第二端均接地，62引脚和63引脚相连并连接电容C3的第一端和电容C4 的第一端，电容C3的第二端和电容C4的第二端均接地。

进一步的改进，所述电源转换模块包括稳压器、电阻R2-R5、电容C5-C8以及保险丝F1，稳压器的1引脚分别连接电阻R2的第二端以及ARM的管脚，2引脚分别连接电阻R2的第一端、电容C5的第一端、C6的第一端以及保险丝F1的第二端，保险丝F1的第一端连接 ARM的电源，电容C5的第二端和C6的第二端均接地，稳压器的3引脚和6引脚均接地，4引脚分别连接电阻R3的第一端、R4的第一端、电容C7的第一端、C8的第一端以及SIM7600CE芯片的38引脚，电阻R4的第二端、电容C7的第二端以及C8的第二端均接地，稳压器的5引脚与电阻R3的第二端相连并通过电阻R5接地。

进一步的改进，所述控制信号处理模块包括电阻R6-R9以及三极管Q1-Q2，所述R6的第一端连接ARM的管脚，第二端分别连接电阻 R7的第一端以及三极管Q1的基极，电阻R7的第二端和三极管Q1的发射极均接地，三极管Q1的集电极连接SIM7600CE芯片的4引脚，所述R8的第一端连接ARM的管脚，第二端分别连接电阻R9的第一端以及三极管Q2的基极，电阻R9的第二端和三极管Q2的发射极均接地，三极管Q2的集电极连接SIM7600CE芯片的3引脚。

进一步的改进，所述指示灯模块包括电阻R10-R12、三极管Q3以及二极管D1，电阻R10的第一端连接SIM7600CE芯片的51引脚，第二端分别连接电阻R11的第一端和三极管Q3的基极，电阻R11的第二端和三极管Q3的发射极均接地，三极管Q3的集电极通过二极管D1 和电阻R12连接SIM7600CE芯片的63引脚。

进一步的改进，所述SIM卡接口模块包括接口连接器、电阻 R13-R16、电容C9-C14以及二极管D2-D5，接口连接器的1引脚分别连接SIM7600CE芯片的20引脚以及通过二极管D5接地，接口连接器的5引脚和6引脚均接地，2引脚分别连接电容C9的第一端和二极管 D2的第一端，并通过电阻R13连接SIM7600CE芯片的18引脚，电容 C9的第二端和二极管D2的第二端均接地，3引脚分别连接电容C10 的第一端和二极管D3的第一端，并通过电阻R14连接SIM7600CE芯片的19引脚，电容C10的第二端和二极管D3的第二端均接地，7引脚分别连接电容C11的第一端、二极管D4的第一端以及电阻R16的第一端，并通过电阻R15连接SIM7600CE芯片的17引脚，电容C11 的第二端和二极管D4的第二端均接地，电阻R16的第二端分别连接 SIM7600CE芯片的20引脚、电容C12的第一端、C13的第一端以及 C14的第一端，电容C12的第二端、C13的第二端以及C14的第二端均接地。

进一步的改进，所述天线模块包括天线连接器、电阻R17以及电容C15-C16，天线连接器的2、3、4引脚均接地，1引脚分别连接电容 C15的第一端和电阻R17的第一端，电阻R17的第二端分别连接电容 C16的第一端以及SIM7600CE芯片的82引脚，电容C15的第二端以及C16的第二端均接地。

进一步的改进，所述扩展装置还包括与所述SIM7600CE双向通信的电平转换模块，所述电平转换模块包括电阻R18-R22以及三极管 Q4-Q5，电阻R18的第一端和电阻R19的第一端均连接SIM7600CE芯片的15引脚，电阻R18的第二端连接三极管Q4的基极，三极管Q4 的集电极分别连接SIM7600CE芯片的68引脚以及电阻R19的第二端，发射极分别连接电阻R20的第二端以及ARM的管脚，电阻R20的第一端连接ARM的电源，电阻R22的第一端连接SIM7600CE芯片的15 引脚，第二端连接三极管Q5的基极，三极管Q5的发射极连接 SIM7600CE芯片的71引脚，集电极分别连接ARM的管脚以及电阻R21 的第二端，电阻R21的第一端连接ARM的电源。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型提供一种新的基于SIM7600CE的4G扩展装置，该4G 扩展装置采用SIM7600CE模块实现4G网络与ARM平台之间的USB 通信对接，电路设计简单，功耗低且数据连接快速、可靠，作为 ARM2G/3G/4G通信的载体，支持移动、中国联通、电信的4G、3G和 2G，大大提高了整体基带处理速度，适于广泛推广使用。

附图说明

图1为实施例1基于SIM7600CE的4G扩展装置的原理框图；

图2为实施例2SIM7600CE模块的电路图；

图3为实施例3电源转换模块的电路图；

图4为实施例4控制信号模块的电路图；

图5为实施例5指示灯模块的电路图；

图6为实施例6SIM卡接口模块的电路图；

图7为实施例7天线模块的电路图；

图8为实施例8电平转换模块的原理框图；

图9为实施例8基于SIM7600CE的4G扩展装置的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和以下实施例对本实用新型作进一步详细说明。

实施例1

本实用新型实施例1提供一种基于SIM7600CE的4G扩展装置，如图1所示，所述扩展装置包括SIM7600CE模块、电源转换模块、控制信号处理模块、指示灯模块、SIM卡接口模块以及天线模块；

所述SIM7600CE模块的输入端分别连接电源转换模块的输出端、控制信号处理模块的输出端以及SIM卡接口模块的输出端，所述 SIM7600CE模块的输出端连接指示灯模块的输入端，且所述 SIM7600CE模块与所述天线模块之间双向通信。本实用新型中附图的尺寸是进行了适当缩放的。

本实用新型提供一种新的基于SIM7600CE的4G扩展装置，该4G 扩展装置采用SIM7600CE模块实现4G网络与ARM平台之间的USB 通信对接，电路设计简单，功耗低且数据连接快速、可靠，作为 ARM2G/3G/4G通信的载体，支持移动、中国联通、电信的4G、3G和 2G，大大提高了整体基带处理速度，提供了高可靠性、高效率的无线通信解决方案，广泛的应用于安防监控、工业路由等行业。

工作原理：

电源转换模块用于将ARM输入的5V电源转换为3.8V的直流电作为SIM7600CE模块的直流供电，控制信号模块用于向SIM7600CE模块传输ARM发送的控制信号，天线模块用于实现SIM7600CE模块的无线传输，SIM卡接口模块用于为SIM卡提供插卡接口，以存储信息， SIM7600CE模块在接收到控制信号模块传输的信号后，指示灯模块上的指示灯亮起。

作为数据采集终端ARM AT91SAM9X(文件中简称ARM)采集的数据通过USB接口(ARM和SIM7600CE模块均具有USB接口)将数据传给SIM7600CE，SIM7600CE再通过4G网络与局域网上传到数据中心服务器(通过TCP/UDP协议通信传输方式)；管理服务中心也可用管理的手机通过4G网络对SIM7600CE进行远程短信参数配置，以及管理数据采集终端发出的报警短信信息。SIM7600CE接收到GPRS 数据后再通过USB接口将数据传回给ARM AT91SAM9X。

实施例2

本实用新型实施例2提供的基于SIM7600CE的4G扩展装置与实施例1基本相同，不同的是，如图2所示，所述SIM7600CE模块包括 SIM7600CE芯片、电阻R1、电容C1-C4，SIM7600CE芯片的1、2、5、 10、14、37、40、41、43、57、58、60、61、64、65、77、78、80、81引脚均接地，11引脚通过电阻R1连接ARM的VDD_3V3引脚，38 引脚和39引脚相连并连接电容C1的第一端和电容C2的第一端，电容 C1的第二端和电容C2的第二端均接地，62引脚和63引脚相连并连接电容C3的第一端和电容C4的第一端，电容C3的第二端和电容C4的第二端均接地。

本实用新型中SIM7600CE芯片，是高集成度4G无线通信模块，是一款SMT封装的模块，支持 LTE-TD-D/LTE-FDD/HSPA+/TD-SCDMA/EVDO和GSM/GPRS/EDGE 等频段，支持LTE Cat4150Mbps的下行50Mbps的上行的网络速度。其性能稳定，外观小巧，性价比高，可以低功耗实现SMS和数据信息的传输。与ARM对接采用USB信号接口，机箱内部连接形式，免除外部安装造成的稳定性、安全性等影响；其中，电阻R1的阻值为0，可以不安装，C1和C3的电容均为220uf，C2的电容为1uf，C4的电容为100nf。

SIM7600CE芯片内部有稳压器降压产生1.8V来供应芯片所有IO 管脚。控制IO管脚包括PWR(3引脚)、REST(4引脚)、NET(51 引脚)、STA(49引脚)。其中PWR管脚是用来控制SIM7600CE开机或关机的，高电平有效，REST为复位管脚，在紧急时刻，可以通过拉高此管脚来复位模块，需要与ARM信号隔离以免信号电平有差别； STA、NET管脚可用来查看SIM7600CE模块工作的状态。

实施例3

本实用新型实施例3提供的基于SIM7600CE的4G扩展装置与实施例2基本相同，不同的是，如图3所示，所述电源转换模块包括稳压器、电阻R2-R5、电容C5-C8以及保险丝F1，稳压器的1引脚分别连接电阻R2的第二端以及ARM的4G_POR管脚，2引脚分别连接电阻R2的第一端、电容C5的第一端、C6的第一端以及保险丝F1的第二端，保险丝F1的第一端连接ARM的5V电源，电容C5的第二端和 C6的第二端均接地，稳压器的3引脚和6引脚均接地，4引脚分别连接电阻R3的第一端、R4的第一端、电容C7的第一端、C8的第一端以及SIM7600CE芯片的38引脚，电阻R4的第二端、电容C7的第二端以及C8的第二端均接地，稳压器的5引脚与电阻R3的第二端相连并通过电阻R5接地。

本实用新型中稳压器(型号为MIC29302A)用于将ARM输入的 5V电压转换为3.8V直流电并输出至SIM7600CE芯片进行供电；其中，保险丝F1的额定电流为3A，R3的阻值为100KΩ，R4的阻值为470Ω， R5的阻值为47KΩ，R2阻值为10KΩ，可以不安装，且R3和R5的精度误差均为1％；C5的电容为100uF，其为电解电容，C6的电容为1uF， C7的电容为330uF，其为电解电容，C8的电容为100nF。

SIM7600CE模块需要一个3.4V～4.2V推荐3.8～4.0V的直流供电，需要能够提供2A的GSM发射最大电流。而我们外部主电源是5V，这就需要一款5V转出3.8V的大功率LDO，型号选用MIC29302A，从主板引出一个4G_POR来控制电源芯片的通断，在输出端加入一个330uF 储能电容，用于降低电流纹波，同时也加入一个470Ω的放电电阻。

实施例4

本实用新型实施例4提供的基于SIM7600CE的4G扩展装置与实施例2基本相同，不同的是，如图4所示，所述控制信号处理模块包括电阻R6-R9以及三极管Q1-Q2，所述R6的第一端连接ARM的 GAM_RST管脚，第二端分别连接电阻R7的第一端以及三极管Q1的基极，电阻R7的第二端和三极管Q1的发射极均接地，三极管Q1的集电极连接SIM7600CE芯片的4引脚，所述R8的第一端连接ARM的GAM_PWRKEY管脚，第二端分别连接电阻R9的第一端以及三极管 Q2的基极，电阻R9的第二端和三极管Q2的发射极均接地，三极管 Q2的集电极连接SIM7600CE芯片的3引脚。

本实用新型中三极管与电阻串并联组成的电路，将ARM发送的控制信号传输至SIM7600CE芯片进而来对该扩展装置的工作情况进行控制，PWR(3引脚)管脚是用来控制SIM7600CE开机或关机的，高电平有效，REST(4引脚)为复位管脚，在紧急时刻，可以通过拉高此管脚来复位模块，需要与ARM信号隔离以免信号电平有差别，其中， Q1、Q2的型号均为BC-817-16LTIG，R8和R11的阻值均为4.7KΩ， R9和R12的阻值均为47KΩ，R10和R13的阻值均为10KΩ。

实施例5

本实用新型实施例5提供的基于SIM7600CE的4G扩展装置与实施例2基本相同，不同的是，如图5所示，所述指示灯模块包括电阻 R10-R12、三极管Q3以及二极管D1，电阻R10的第一端连接 SIM7600CE芯片的51引脚，第二端分别连接电阻R11的第一端和三极管Q3的基极，电阻R11的第二端和三极管Q3的发射极均接地，三极管Q3的集电极通过二极管D1和电阻R12连接SIM7600CE芯片的63 引脚。

本实施例的指示灯模块在控制信号模块传输控制信号时亮起红灯来进行提醒，其中，二极管D1为发光二极管，Q3的型号为 BC-817-16LTIG，电阻R11和R12的阻值均为47KΩ，R10的阻值为 4.7KΩ。

实施例6

本实用新型实施例6提供的基于SIM7600CE的4G扩展装置与实施例2基本相同，不同的是，如图6所示，所述SIM卡接口模块包括接口连接器、电阻R13-R16、电容C9-C14以及二极管D2-D5，接口连接器的1引脚分别连接SIM7600CE芯片的20引脚以及通过二极管D5 接地，接口连接器的5引脚和6引脚均接地，2引脚分别连接电容C9 的第一端和二极管D2的第一端，并通过电阻R13连接SIM7600CE芯片的18引脚，电容C9的第二端和二极管D2的第二端均接地，3引脚分别连接电容C10的第一端和二极管D3的第一端，并通过电阻R14 连接SIM7600CE芯片的19引脚，电容C10的第二端和二极管D3的第二端均接地，7引脚分别连接电容C11的第一端、二极管D4的第一端以及电阻R16的第一端，并通过电阻R15连接SIM7600CE芯片的17 引脚，电容C11的第二端和二极管D4的第二端均接地，电阻R16的第二端分别连接SIM7600CE芯片的20引脚、电容C12的第一端、C13 的第一端以及C14的第一端，电容C12的第二端、C13的第二端以及 C14的第二端均接地。

本实用新型中SIM7600CE模块支持USIM和高速SIM卡，在 SIM卡接口信号线上需要加入去耦电容和ESD保护器件；NET(51引脚)可用来查看SIM7600CE模块工作的状态，在信号传输过程中，指示灯模块上的指示灯亮起，其中，接口连接器的型号为 MOLEX_47553_2001，二极管D2-D5均采用型号为TOSD05FB的双向瞬变抑制二极管，C9-C11的电容均为33pF，C12的电容为1uF，C13-C14 的电容均为100nF，电阻R13-R15的阻值均为22KΩ，R16的阻值为 10KΩ，且可以不安装。

实施例7

本实用新型实施例7提供的基于SIM7600CE的4G扩展装置与实施例2基本相同，不同的是，如图7所示，所述天线模块包括天线连接器、电阻R17以及电容C15-C16，天线连接器的2、3、4引脚均接地，1引脚分别连接电容C15的第一端和电阻R17的第一端，电阻R17 的第二端分别连接电容C16的第一端以及SIM7600CE芯片的82引脚，电容C15的第二端以及C16的第二端均接地。

本实施例中的天线模块用于该扩展装置的无线通信，其中，天线连接器的型号为molex_ipex_734120114_sd，电阻R17的阻值为0。

实施例8

本实用新型实施例8提供的基于SIM7600CE的4G扩展装置与实施例2基本相同，不同的是，如图8、图9所示，所述扩展装置还包括与所述SIM7600CE双向通信的电平转换模块，所述电平转换模块包括电阻R18-R22以及三极管Q4-Q5，电阻R18的第一端和电阻R19的第一端均连接SIM7600CE芯片的15引脚，电阻R18的第二端连接三极管Q4的基极，三极管Q4的集电极分别连接SIM7600CE芯片的68引脚以及电阻R19的第二端，发射极分别连接电阻R20的第二端以及 ARM的GSM_TXD管脚，电阻R20的第一端连接ARM的VDD_3V3G 管脚，电阻R22的第一端连接SIM7600CE芯片的15引脚，第二端连接三极管Q5的基极，三极管Q5的发射极连接SIM7600CE芯片的71 引脚，集电极分别连接ARM的GSM_RXD管脚以及电阻R21的第二端，电阻R21的第一端连接ARM的VDD_3V3G管脚。

本实用新型中SIM7600CE芯片还提供1个4线UART供客户使用。串口1支持AT命令，用户可通过UART1收发AT命令。串口接口高电平为1.8V，外接3.3V的接口时，要进行电平转换；其中，三极管 Q4和Q5的型号均为BC-817-16LTIG，电阻R19、R20、R21的阻值均为10KΩ，电阻R18、R22的阻值均为4.7KΩ。

以上所述实施例仅仅是本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。