要實現(xiàn)穩(wěn)定的雙卡切換功能，電路設計必須遵循嚴格的技術(shù)規(guī)范。本文系統(tǒng)梳理SIM卡接口的電氣特性、時序要求及ESD防護策略，揭秘雙卡切換背后的電路邏輯，為硬件開發(fā)者提供可落地的設計原則與調(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4G網(wǎng)絡時進行鑒權(quán)身份驗證，是4G通信系統(tǒng)的必要功能。

社群有工程師朋友問：SIM卡檢測腳怎么處理，有沒有電路設計參考？

本文將詳細介紹SIM卡接口功能及其電路設計相關注意事項。

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

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SIM卡；模組GPIO電平配置為3.3V時，USIM2只支持3.3V的SIM卡。

1.1 SIM卡相關管腳

Air780EPM模組SIM卡信號相關管腳，詳見下方圖表：

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。模組GPIO電平配置為1.8V時，只支持1.8V的SIM卡；模組GPIO電平配置為3.3V時，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：USIM1和USIM2都支持。

1.3 SIM卡時序

激活時序：

當SIM卡的觸點接通序列結(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?shù)摹⒎€(wěn)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(nèi)應該處于高阻狀態(tài)；

內(nèi)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(nèi)開始（T0時刻之后的t1時間段之內(nèi)）；

低電平復位的SIM卡的復位信號至少在40000個時鐘周期內(nèi)RST觸點維持低電平（T0之后的t3時間段內(nèi)）；如果在40000個時鐘周期內(nèi)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(nèi)開始（T1時刻之后的t1時間段之內(nèi)）；

如果復位應答在400～40000個時鐘周期內(nèi)沒有開始（T1時刻之后的t3時間段之內(nèi)），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。

1.4 SIM卡切換功能描述

Air780EPM支持雙卡單待，同一時間只能使用其中一個SIM通道?？梢酝ㄟ^LuatOS相應的API，進行SIM卡通道切換。

相關特性如下：

01）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。

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

03）對于內(nèi)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(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，因此同時只能有一張SIM卡在工作，系統(tǒng)在切換SIM卡時，會重新注冊網(wǎng)絡。

二、SIM卡接口電路設計指導

常用的SIM卡參考設計如下：

關于USIM2，請務必注意?。?！

重要的事情說三遍：
USIM2，無論電源還是信號(CLK/DATA/RST)，均為復用模組的其它管腳。

也就是說：

當使用SIM2通道時，模組的PIN55/PIN80/PIN81三個管腳需務必懸空；

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

其他設計注意事項：

01）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。

02）SIM卡信號線布線遠離RF線和VBAT電源線。

03）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。

04）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(lián)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。

05）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。

06）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。

07）鑒于USIM2的特殊性，因此，請優(yōu)先使用USIM1通道，且在過認證時只能使用USIM1通道。

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

09）USIM_DET通過中斷觸發(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）關于SIM卡熱插拔的代碼處理邏輯：

注意：此例子只針對USIM_DET腳，如果自己設計其他GPIO熱插拔，只需要替換對應的GPIO即可。

三、SIM卡常見問題

在出現(xiàn)SIM卡不識別卡時，測量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，系統(tǒng)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(jié)果；SIM卡上任何一個信號異常，均會導致VDD_SIM自動關閉。

今天的內(nèi)容就分享到這里了！

審核編輯 黃宇