AI-NB81 NB-IoT模組：物聯(lián)網(wǎng)通信的得力助手

在物聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的今天，無(wú)線(xiàn)通信模組作為連接設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)的橋梁，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。四川愛(ài)聯(lián)科技股份有限公司推出的AI-NB81 NB-IoT模組，憑借其高集成度、低成本、性能穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，成為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域數(shù)據(jù)通信的理想基礎(chǔ)模組。今天，咱們就來(lái)深入了解一下這款模組。

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1. 模組綜述

1.1 芯片與架構(gòu)

AI-NB81 采用芯翼研發(fā)的首款 NB-IoT 物聯(lián)網(wǎng)芯片 XY1100，內(nèi)置 2M Flash 和 128Kb RAM，將 MCU、PMU、Flash、RAM、DSP、RF 等單元集成一體，實(shí)現(xiàn)了射頻基帶一體化設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)不僅提高了模組的集成度，還降低了成本，為開(kāi)發(fā)者帶來(lái)了更多的便利。

1.2 工作波段與功能服務(wù)

該模組支持 B3、B5 和 B8 工作波段，能夠提供數(shù)傳、短信等服務(wù)，并支持 3GPP Rel - 14 標(biāo)準(zhǔn)。這使得它在不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下都能穩(wěn)定工作，滿(mǎn)足多樣化的應(yīng)用需求。

1.3 物理特性與應(yīng)用場(chǎng)景

AI-NB81 是貼片式模組，尺寸僅為 17.6mm x 15.7mm x 2.3mm，共有 44 個(gè)管腳。小巧的尺寸和豐富的外圍接口，使其能夠輕松內(nèi)嵌于各類(lèi)產(chǎn)品中進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。只要覆蓋 NB-IoT 信號(hào)的地方，它都能支持通信服務(wù)，應(yīng)用場(chǎng)景十分廣泛。

2. 主要性能

2.1 頻段與供電

支持 B3、B5、B8 波段，VBAT 供電電壓范圍有常壓 3.1V - 4.2V 和寬壓 2.2V - 4.2V 可選，典型供電電壓為 3.6V。模組型號(hào)尾綴 2 代表寬壓版本，如 AI-NB81 - *2。

2.2 功耗與發(fā)射功率

在不同工作模式下，耗流表現(xiàn)出色。Idle mode（DRX = 2.56S）時(shí)耗流為 251.4μA，PSM 模式下 ≤1.0uA，Tx（23dBm）時(shí)為 316.5mA，Rx 為 24.8mA。發(fā)射功率為 23 ± 2dBm，能夠滿(mǎn)足遠(yuǎn)距離通信的需求。

2.3 傳輸速率與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

傳輸速率方面，Cat NB1 可達(dá) 62.5（UL）/25.5（DL）kbps。支持 UDP/TCP/COAP/LwM2M/DTLS/MQTT/HTTP*等多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以及短消息（SMS）的 PDU 模式，為數(shù)據(jù)傳輸提供了多種選擇。

2.4 其他特性

支持 USIM/SIM 卡，有 1.8V 和 3V 兩種電壓可選。主串口用于 AT 命令和數(shù)據(jù)傳輸，默認(rèn)波特率為 9600bps，支持 RTS 和 CTS 硬件流控；調(diào)試串口用于 log 輸出，默認(rèn)波特率同樣為 9600bps。AT 命令符合 3GPP TS 27.007 和 27.005 標(biāo)準(zhǔn)，STATUS 引腳可指示網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。此外，模組還具有良好的物理特性，尺寸小巧、重量輕，工作溫度范圍廣，支持 UART 接口（AT 口）、FOTA 軟件升級(jí)，所有器件完全符合 EU RoHS 標(biāo)準(zhǔn)，濕敏等級(jí)為 3 級(jí)，具備一定的 ESD 防護(hù)能力。

3. 應(yīng)用接口

3.1 管腳分布與描述

AI-NB81 模組有 44 個(gè)貼片引腳，包括電源接口、UART 接口、USIM/SIM 卡接口、硬件復(fù)位接口、休眠控制接口、指示燈接口、ADC 接口、I2C 接口、SPI 接口、LCC 功能接口和輔助 UART 接口等。預(yù)留管腳設(shè)計(jì)為懸空處理，部分帶“*”的功能正在開(kāi)發(fā)中。不同的引腳具有不同的功能，如 SPI 相關(guān)引腳可用于 SPI 通信，也可做 GPIO 使用；ADC0 引腳可進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，電壓采集范圍為 0V - 1V 等。

3.2 接口應(yīng)用

• 供電輸入：模組供電需使用直流電壓源，要滿(mǎn)足發(fā)射脈沖時(shí)大于 0.7A 的瞬間峰值電流。為保證模塊工作性能，建議使用 ESR 較低的 100uF 鉭電容、100nF、100pF 和 22pF 組合進(jìn)行濾波，濾波電容應(yīng)盡可能靠近模組，供電入口還可使用穩(wěn)壓管和 TVS 管。
• 供電輸出：模組的電源管理單元提供數(shù)字穩(wěn)壓電源輸出，例如 USIM_VDD 引腳可為 SIM 卡提供 1.8/3.0V 的電源，最大電流為 50mA。
• 復(fù)位及喚醒：RESET 引腳（Pin15）可觸發(fā)模塊深度睡眠后喚醒或復(fù)位重啟功能，正常使用時(shí)需保持下拉狀態(tài)，避免誤觸發(fā)。RESET 引腳和 PSM_EINT 引腳（Pin19）在模塊內(nèi)部為同一網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)信號(hào)脈沖寬度大于 20ms 時(shí)為復(fù)位信號(hào)，大于 100us 且小于 20ms 時(shí)為喚醒信號(hào)。
• SIM 卡：支持 1 組外置 SIM 卡，支持 1.8/3.0V 電壓。為確保穩(wěn)定性，SIM 卡布線(xiàn)要遵循一定準(zhǔn)則，如走線(xiàn)長(zhǎng)度不超過(guò) 10cm，遠(yuǎn)離 EMI 源，避免時(shí)鐘線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)交叉，使用低電容的 TVS 管防護(hù) ESD 等。
• UART 接口：支持三路串口，UART0 主要用于數(shù)據(jù)傳輸和 AT 命令傳送，UART1 為 Debug 口，UART2 為輔助串口，可外接 MCU 進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。模組串口為 3V 電平，在 1.8V 串口應(yīng)用中需增加電平轉(zhuǎn)換器。
• ADC 接口：支持 ADC 輸入，輸入范圍小于 3V，精度 12bits，可用于溫度檢測(cè)、電池電壓采樣以及硬件版本檢測(cè)等。以電池溫度檢測(cè)為例，上拉電阻的電阻值需和電池內(nèi)部熱敏電阻 25℃ 常溫時(shí)的電阻值一致，濾波電容的選擇要根據(jù)檢測(cè)位置和精度要求來(lái)確定。
• 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示接口：NETLIGHT 引腳（Pin16）可用于驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示燈，高電平表示注冊(cè)到 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)，低電平表示未注冊(cè)。

4. 天線(xiàn)接口

4.1 天線(xiàn)接口與要求

模組設(shè)計(jì)有唯一一個(gè)主天線(xiàn)接口，阻抗為 50Ω。為確保所有頻段的通信能力，建議選用相關(guān) Dipor 類(lèi)型天線(xiàn)。天線(xiàn)指標(biāo)要求在不同波段有具體規(guī)定，如 B3、B5、B8 波段的 TIS、VSWR、Gain、Efficiency、SAR、TRP 等參數(shù)都有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 射頻參考與性能

原理圖設(shè)計(jì)時(shí)，靠近天線(xiàn)端口要預(yù)留 π 型匹配電路，電容默認(rèn)不貼；PCB layout 時(shí)，模塊 RF 端口到天線(xiàn)之間走線(xiàn)要盡可能短，且板廠(chǎng)需對(duì) RF 走線(xiàn)做 50Ω 阻抗控制。在常溫 25℃、常壓 +3.6V 條件下，AI-NB81 的 RF 發(fā)射功率在各波段均為 23 ± 2dBm，接收靈敏度典型值為 - 115dBm。工作頻率方面，不同波段的接收和發(fā)射頻率也有明確規(guī)定。

5. 電氣特性

5.1 極限電壓與溫度范圍

模塊的極限工作電壓范圍為 AI-NB81 供電 3.1/2.2 - 4.2V，平均供電電流 0 - 0.25A，IVBAT 峰值電流可能達(dá)到 0.7A（最大功率發(fā)射）。工作溫度推薦在 - 30 - +75℃ 環(huán)境下，受限工作溫度范圍為 - 40 - - 30℃ 和 +75 - +85℃，儲(chǔ)存溫度為 - 45 - +90℃。超出這些范圍，模組可能不能正常工作甚至損壞，因此在惡劣環(huán)境下應(yīng)用時(shí)需考慮溫控措施。

5.2 接口工作電氣特性與啟動(dòng)模式

普通數(shù)字 IO 信號(hào)的邏輯電平有明確的取值范圍，接口電源工作狀態(tài)也有相應(yīng)的電特性參數(shù)。模組支持 UART 啟動(dòng)模式（001）和 FLASH 啟動(dòng)模式（000），用戶(hù)可通過(guò)控制物理開(kāi)關(guān)來(lái)選擇啟動(dòng)模式，方便進(jìn)行近場(chǎng)升級(jí)和固件更新。

6. 機(jī)械特性

6.1 3D 與 2D 特性及焊盤(pán)

公司提供模塊的 3D 圖紙，方便 3D 圖檔建模。同時(shí)，給出了模塊的 2D 底層尺寸和推薦的焊盤(pán)尺寸，還提供基于 PADS、CADENCE、AD 等 EDA 工具的封裝文件，便于客戶(hù)快速設(shè)計(jì)。

6.2 實(shí)物圖片參考

文檔中提供了模塊的俯視圖和底視圖實(shí)物圖片，不過(guò)需要注意的是，SN、IMEI 等信息不會(huì)固定。

7. 存儲(chǔ)及生產(chǎn)

7.1 存儲(chǔ)條件

模組以真空密封袋形式出貨，存儲(chǔ)條件有嚴(yán)格要求。在環(huán)境溫度低于 40 攝氏度、空氣濕度小于 90%時(shí)，可在真空密封袋中存放 12 個(gè)月；真空密封袋打開(kāi)后，若滿(mǎn)足特定濕度和溫度條件，可直接進(jìn)行回流焊等高溫流程，否則需要在貼片前進(jìn)行烘烤。

7.2 生產(chǎn)焊接曲線(xiàn)

推薦回流焊接曲線(xiàn)包括升溫區(qū)、預(yù)熱恒溫區(qū)、回流焊接區(qū)和冷卻區(qū)，每個(gè)區(qū)域?qū)囟?、時(shí)間和斜率都有具體要求。焊料為錫銀銅合金無(wú)鉛焊料（SAC305），為保證產(chǎn)品質(zhì)量，回流曲線(xiàn)應(yīng)在保證焊點(diǎn)質(zhì)量和不損害 PCB 及元器件之間尋求平衡。

7.3 包裝要求

產(chǎn)品的放置方向、標(biāo)簽粘貼位置和包裝都有明確的示意圖。每卷放 1000 只產(chǎn)品，每小盒放 1 卷，大箱裝 5 個(gè)小盒，共 5000 只/箱。外箱和小盒有具體尺寸，真空包內(nèi)還需放置干燥劑和濕度卡，其他未盡事宜按客戶(hù)包裝要求執(zhí)行。

8. 認(rèn)證與廢棄處置

產(chǎn)品屬于完整的非獨(dú)立操作使用的無(wú)線(xiàn)電發(fā)射模塊，使用時(shí)需在設(shè)備標(biāo)簽或說(shuō)明書(shū)中標(biāo)明相關(guān)信息。模塊通過(guò)型號(hào)核準(zhǔn)并不意味著最終設(shè)備符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，最終設(shè)備廠(chǎng)商需對(duì)產(chǎn)品技術(shù)特性負(fù)責(zé)。同時(shí)，產(chǎn)品的廢棄處置應(yīng)遵從當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)法規(guī)。

綜上所述，AI-NB81 NB-IoT 模組在性能、接口設(shè)計(jì)、電氣特性、機(jī)械特性以及存儲(chǔ)生產(chǎn)等方面都有出色的表現(xiàn)。各位電子工程師在設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)品時(shí)，不妨考慮一下這款模組，說(shuō)不定它能為你的項(xiàng)目帶來(lái)意想不到的效果。大家在使用過(guò)程中遇到過(guò)哪些類(lèi)似的模組，又有怎樣的使用體驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。