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深度解析:雙卡切換的SIM卡電路設(shè)計(jì)原則與實(shí)現(xiàn)!

合宙LuatOS ? 來(lái)源:合宙LuatOS ? 作者:合宙LuatOS ? 2025-07-17 16:14 ? 次閱讀
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要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的雙卡切換功能,電路設(shè)計(jì)必須遵循嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)范。本文系統(tǒng)梳理SIM卡接口的電氣特性、時(shí)序要求及ESD防護(hù)策略,揭秘雙卡切換背后的電路邏輯,為硬件開(kāi)發(fā)者提供可落地的設(shè)計(jì)原則與調(diào)試方法。

SIM卡接口用于連接SIM卡并讀取SIM卡信息,以便在注冊(cè)4G網(wǎng)絡(luò)時(shí)進(jìn)行鑒權(quán)身份驗(yàn)證,是4G通信系統(tǒng)的必要功能。

社群有工程師朋友問(wèn):SIM卡檢測(cè)腳怎么處理,有沒(méi)有電路設(shè)計(jì)參考?

本文將詳細(xì)介紹SIM卡接口功能及其電路設(shè)計(jì)相關(guān)注意事項(xiàng)。

Air780EPM模組支持兩路SIM卡,支持雙卡切換,便于設(shè)備靈活選擇,切換網(wǎng)絡(luò)。

一、SIM卡接口功能描述

Air780EPM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(guī)范。

USIM1接口:

自適應(yīng)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(shí),USIM2只支持1.8V的SIM卡;模組GPIO電平配置為3.3V時(shí),USIM2只支持3.3V的SIM卡。

1.1 SIM卡相關(guān)管腳

Air780EPM模組SIM卡信號(hào)相關(guān)管腳,詳見(jiàn)下方圖表:

wKgZO2h4rhSAQvhWAAI2V3I_yWE915.pngwKgZPGh4riyAWvrmAAFqrkYk52Q474.png

1.2 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(guān)。模組GPIO電平配置為1.8V時(shí),只支持1.8V的SIM卡;模組GPIO電平配置為3.3V時(shí),只支持3.3V的SIM卡。

2)支持協(xié)議:ETSI / IMT-2000;

3)雙卡特性:雙卡單待;

4)SIM卡在位檢測(cè):USIM1和USIM2都支持。

wKgZPGh4rlaALpvMAAFW1t4GYv8984.png

1.3 SIM卡時(shí)序

激活時(shí)序:

當(dāng)SIM卡的觸點(diǎn)接通序列結(jié)束后(RST處于低電平,VCC穩(wěn)定供電,ME的I/O處于接收狀態(tài),VPP被置為空閑狀態(tài),CLK提供適當(dāng)?shù)?、穩(wěn)定的時(shí)鐘),SIM卡準(zhǔn)備復(fù)位。

如下圖所示:

wKgZPGh4rn2AcenyAAC_g1h0Z2E048.png

時(shí)鐘信號(hào)在T0時(shí)刻加到CLK觸點(diǎn),I/O總線在時(shí)鐘信號(hào)加到CLK觸點(diǎn)200個(gè)時(shí)鐘周期(T0時(shí)刻之后的t2時(shí)間段)之內(nèi)應(yīng)該處于高阻狀態(tài);

內(nèi)部復(fù)位的SIM卡,在幾個(gè)時(shí)鐘周期之后開(kāi)始復(fù)位,復(fù)位應(yīng)答應(yīng)該在400~40000個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)開(kāi)始(T0時(shí)刻之后的t1時(shí)間段之內(nèi));

低電平復(fù)位的SIM卡的復(fù)位信號(hào)至少在40000個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)RST觸點(diǎn)維持低電平(T0之后的t3時(shí)間段內(nèi));如果在40000個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)沒(méi)有復(fù)位應(yīng)答,則RST觸點(diǎn)被置為高電平;

I/O端的復(fù)位應(yīng)答必須在RST上升沿開(kāi)始的400~40000個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)開(kāi)始(T1時(shí)刻之后的t1時(shí)間段之內(nèi));

如果復(fù)位應(yīng)答在400~40000個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)沒(méi)有開(kāi)始(T1時(shí)刻之后的t3時(shí)間段之內(nèi)),則RST觸點(diǎn)的電平將被置為低電平(在T2時(shí)刻),觸點(diǎn)也將被ME釋放。


1.4 SIM卡切換功能描述

Air780EPM支持雙卡單待,同一時(shí)間只能使用其中一個(gè)SIM通道??梢酝ㄟ^(guò)LuatOS相應(yīng)的API,進(jìn)行SIM卡通道切換。

相關(guān)特性如下:

01)模組開(kāi)機(jī)會(huì)默認(rèn)檢測(cè)SIM1通道,在SIM1通道檢測(cè)到SIM卡不在位的情況下,才會(huì)去檢測(cè)SIM2通道。

02)USIM_DET信號(hào)為SIM卡插拔檢測(cè)管腳,上下邊沿電平觸發(fā)中斷,需要在代碼里面實(shí)現(xiàn)該功能,不是系統(tǒng)自帶的。而SIM2通道,可以通過(guò)其他GPIO支持SIM卡插拔檢測(cè)。

03)對(duì)于內(nèi)置貼片SIM卡的雙卡應(yīng)用場(chǎng)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(shí)現(xiàn)優(yōu)先使用外置插拔SIM卡的效果。

04)由于Air780EPM是雙卡單待模式,因此同時(shí)只能有一張SIM卡在工作,系統(tǒng)在切換SIM卡時(shí),會(huì)重新注冊(cè)網(wǎng)絡(luò)。

二、SIM卡接口電路設(shè)計(jì)指導(dǎo)

常用的SIM卡參考設(shè)計(jì)如下:

wKgZO2h4rsyAMvHCAAEVi01AhGU701.png

關(guān)于USIM2,請(qǐng)務(wù)必注意?。。?/strong>

重要的事情說(shuō)三遍:
USIM2,無(wú)論電源還是信號(hào)(CLK/DATA/RST),均為復(fù)用模組的其它管腳。

也就是說(shuō):

當(dāng)使用SIM2通道時(shí),模組的PIN55/PIN80/PIN81三個(gè)管腳需務(wù)必懸空;

而且,SIM2通道只能識(shí)別與Air780EPM IO電平一致的SIM卡。比如,使用Air780EPM默認(rèn)IO電平3.0V時(shí),將只能識(shí)別2.8V/3.0V/3.3V的SIM卡。


其他設(shè)計(jì)注意事項(xiàng):

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

02)SIM卡信號(hào)線布線遠(yuǎn)離RF線和VBAT電源線。

03)為了防止可能存在的USIM_CLK信號(hào)對(duì)USIM_DATA信號(hào)的串?dāng)_,兩者布線不要太靠近,在兩條走線之間增加地屏蔽。且對(duì)USIM_RST_N信號(hào)也需要地保護(hù)。

04)為了保證良好的ESD保護(hù),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(lián)22歐姆的電阻用以抑制雜散EMI,增強(qiáng)ESD防護(hù)。SIM卡的外圍電路必須盡量靠近SIM卡座。

05)在需要模組進(jìn)入休眠的場(chǎng)景,SIM_DET禁止用VDD_EXT上拉,否則會(huì)造成無(wú)法休眠的問(wèn)題;建議用VREF_VOLT上拉。

06)USIM2通道由于是與普通GPIO口復(fù)用,因此無(wú)法自適應(yīng)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。

07)鑒于USIM2的特殊性,因此,請(qǐng)優(yōu)先使用USIM1通道,且在過(guò)認(rèn)證時(shí)只能使用USIM1通道。

08)USIM1_VDD和USIM2_VDD共用同一個(gè)電源,內(nèi)部是同一個(gè)網(wǎng)絡(luò),因此USIM1_VDD和USIM2_VDD總是同時(shí)上下電,即使USIM2通道不使用。

09)USIM_DET通過(guò)中斷觸發(fā)系統(tǒng)查詢SIM卡是否在位,因此,USIM_DET只要是電平變化就能觸發(fā)中斷,無(wú)論是高電平或是低電平,或者可以使用其他GPIO做中斷判斷處理。

10)VREF_VOLT指的是參考電壓,如果不需要休眠參考VDD_EXT的電壓,如果需要休眠參考AGPIO3的電壓。

11)關(guān)于SIM卡熱插拔的代碼處理邏輯:

wKgZO2h4rwaAUJp9AAD7z1eGyAc456.png

注意:此例子只針對(duì)USIM_DET腳,如果自己設(shè)計(jì)其他GPIO熱插拔,只需要替換對(duì)應(yīng)的GPIO即可。

三、SIM卡常見(jiàn)問(wèn)題

在出現(xiàn)SIM卡不識(shí)別卡時(shí),測(cè)量SIM卡供電VDD_SIM,總是發(fā)現(xiàn)VDD_SIM為低電平?

原因解析:

SIM卡在初始化時(shí),系統(tǒng)會(huì)嘗試4次與SIM卡交互。此時(shí)VDD_SIM也會(huì)打開(kāi)4次,分別在1.8V和3.3V交替檢測(cè),若檢測(cè)不到SIM卡,VDD_SIM卡就會(huì)關(guān)閉,如下圖:

wKgZO2h4rzKAPc4VAAISELMTmL8597.png


因此在檢測(cè)不到SIM卡的情況下,USIM_VDD總是低電平。

設(shè)計(jì)建議:

VDD_SIM不輸出不是SIM卡不識(shí)別的原因,而是結(jié)果;SIM卡上任何一個(gè)信號(hào)異常,均會(huì)導(dǎo)致VDD_SIM自動(dòng)關(guān)閉。

今天的內(nèi)容就分享到這里了!

審核編輯 黃宇

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