無(wú)論是初涉硬件設(shè)計(jì)的新手還是資深工程師，雙卡切換的電路實(shí)現(xiàn)都需嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)劃。本指南從元器件選型、原理圖繪制到PCB布局，完整呈現(xiàn)SIM卡電路設(shè)計(jì)全流程，確保雙卡切換功能穩(wěn)定運(yùn)行，滿足不同通信場(chǎng)景需求。

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：

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。

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)摹⒎€(wěn)定的時(shí)鐘），SIM卡準(zhǔn)備復(fù)位。

如下圖所示：

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：

關(guān)于USIM2，請(qǐng)務(wù)必注意?。?！

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：

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：

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