今天我跟大家探討的是4G模組SIM卡接口電路是怎么設計的？

我們以低功耗4G模組經典型號Air780E為例，它支持兩路SIM卡，支持雙卡切換，便于設備靈活選擇，切換網絡。接下來，我們詳細介紹SIM卡接口功能及其電路設計相關注意事項，看完絕對會長技術！

一、SIM卡接口功能描述

Air780E模組支持2路USIM接口，支持雙卡單待功能，均符合ETSI和IMT-2000規范。

USIM1接口：

自適應支持1.8V和3.3V USIM卡；

USIM2接口：
支持USIM卡的電平與模組GPIO電平配置相同。模組GPIO電平配置為1.8V時，USIM2只支持1.8V的USIM卡；模組GPIO電平配置為3.3V時，USIM2只支持3.3V的USIM卡。

1.SIM卡相關管腳

Air780E模組SIM卡信號相關管腳，詳見下方圖表：

2.SIM卡電氣特性

1）支持SIM卡類型：

USIM1接口：1.8V/3.3V USIM卡；

USIM2接口：
與模組GPIO電平配置有關。模組GPIO電平配置為1.8V時，只支持1.8V的USIM卡；模組GPIO電平配置為3.3V時，只支持3.3V的USIM卡。

2）支持協議：ETSI / IMT-2000

3）雙卡特性：雙卡單待

4）SIM卡在位檢測：USIM1支持；USIM2不支持。

3. SIM卡時序

激活時序：

當SIM卡的觸點接通序列結束后（RST處于低電平，VCC穩定供電，ME的I/O處于接收狀態，VPP被置為空閑狀態，CLK提供適當的、穩定的時鐘），SIM卡準備復位。

如下圖所示：

時鐘信號在T0時刻加到CLK觸點，I/O總線在時鐘信號加到CLK觸點200個時鐘周期（T0時刻之后的t2時間段）之內應該處于高阻狀態；

內部復位的SIM卡，在幾個時鐘周期之后開始復位，復位應答應該在400～40000個時鐘周期內開始（T0時刻之后的t1時間段之內）；

低電平復位的SIM卡的復位信號至少在40000個時鐘周期內RST觸點維持低電平（T0之后的t3時間段內），如果在40000個時鐘周期內沒有復位應答，則RST觸點被置為高電平；

I/O端的復位應答必須在RST上升沿開始的400～40000個時鐘周期內開始（T1時刻之后的t1時間段之內）；

如果復位應答在400～40000個時鐘周期內沒有開始（T1時刻之后的t3時間段之內），則RST觸點的電平將被置為低電平（在T2時刻），觸點也將被ME釋放。

4. SIM卡切換功能描述

Air780E支持雙卡單待，同一時間只能使用其中一個SIM通道。可以通過相應的AT指令或者LuatOS相應的API，進行SIM卡通道切換。

相關特性如下：

1）模組開機會默認檢測SIM1通道，在SIM1通道檢測到SIM卡不在位的情況下，才會去檢測SIM2通道。

2）USIM_DET信號為SIM卡插拔檢測管腳，上下邊沿電平觸發中斷，觸發系統進行SIM1通道的卡在位檢測。而SIM2通道不支持SIM卡插拔檢測。

3）對于內置貼片SIM卡的雙卡應用場景，建議將貼片SIM卡置于SIM2通道，外置插拔SIM卡座置于SIM1通道，以實現優先使用外置插拔SIM卡的效果。

4）由于Air780E是雙卡單待模式，因此同時只能有一張SIM卡在工作，系統在切換SIM卡時，會重新注冊網絡。

二、SIM卡接口電路設計指導

常用的SIM卡參考設計如下：

USIM1通道：

USIM2通道：

設計注意事項：

1）SIM卡座與模組距離擺件不能太遠，越近越好，盡量保證SIM卡信號線布線不超過20cm。

2）SIM卡信號線布線遠離RF線和VBAT電源線。

3）為了防止可能存在的USIM_CLK信號對USIM_DATA信號的串擾，兩者布線不要太靠近，在兩條走線之間增加地屏蔽。且對USIM_RST_N信號也需要地保護。

4）為了保證良好的ESD保護，建議加TVS管，并靠近SIM卡座擺放。選擇的ESD器件寄生電容不大于50pF。在模組和SIM卡之間也可以串聯22歐姆的電阻用以抑制雜散EMI，增強ESD防護。SIM卡的外圍電路必須盡量靠近SIM卡座。

5）在需要模組進入休眠的場景，SIM_DET禁止用VDD_EXT上拉，否則會造成無法休眠的問題；建議用VREF_VOLT上拉。

6）USIM2通道由于是與普通GPIO口復用，因此無法自適應1.8V/3.3V USIM卡，USIM2的電平只能與VDD_EXT保持一致，也就是與模組GPIO電平保持一致。

7）USIM2_DAT和USIM2_RST在模組內部被4.7K上拉到USIM_VDD；USIM2_CLK通過100K上拉到RefVolt。因此如果要使用這三個管腳復用GPIO，要注意上拉電阻對外設的影響。

8）USIM1_VDD和USIM2_VDD共用同一個電源，內部是同一個網絡，因此USIM1_VDD和USIM2_VDD總是同時上下電，即使USIM2通道不使用。

9）USIM_DET只支持USIM1通道，通過中斷觸發系統查詢SIM卡是否在位，因此，USIM_DET只要是電平變化就能觸發中斷，無論是高電平或是低電平。

三、SIM卡常見問題

在出現SIM卡不識別卡時，測量SIM卡供電VDD_SIM，總是發現VDD_SIM為低電平？

原因解析：

SIM卡在初始化時，系統會嘗試4次與SIM卡交互。此時VDD_SIM也會打開4次，分別在1.8V和3.3V交替檢測，若檢測不到SIM卡，VDD_SIM卡就會關閉，如下圖：

因此在檢測不到SIM卡的情況下，USIM_VDD總是低電平。

設計建議：

VDD_SIM不輸出不是SIM卡不識別的原因，而是結果；SIM卡上任何一個信號異常，均會導致VDD_SIM自動關閉。

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