CN208386598U - 多频段NB-IoT模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多频段NB‑IoT模块，多频段NB‑IoT模块包括NB‑IoT处理器、多频输入模块、多频输出模块；多频输入模块和多频输出模块分别与射频天线电连接。本实用新型的多频段NB‑IoT模块通过NB‑IoT处理器对射频功率放大器的模式控制，使得射频功率放大器分别工作在低频段和高频段输出模式，NB‑IoT处理器分别将第一低频信号和第二高频信号发送至射频天线；射频天线接收的第二低频信号和第二高频信号分别通过传输至NB‑IoT处理器的低频处理输入端和高频处理输入端，使得多频段NB‑IoT模块可实现多频段信号的接收和发送功能。

Description

多频段NB-IoT模块

技术领域

本实用新型涉及通信领域，尤其涉及一种多频段NB-IoT模块。

背景技术

随着智能城市、大数据时代的来临，无线通信将实现万物连接，我们正进入万物互联的时代。

NB-IoT(窄带物联网)在物联网应用中的优势显著，为传统蜂窝网技术及蓝牙、Wi-Fi(一种无线通讯技术)等短距离传输技术所无法比拟。首先其覆盖更广，在同样的频段下，NB-IoT比现有网络增益20dB(分贝)，覆盖面积扩大100倍。

传统的无线通信NB-IoT模块，多为单频，应用范围比较窄，通用性差，而且大多采用普通的SIM(用户身份证识别卡)卡座+SIM卡的方式设计，用于上网；并且模块内部还要选择大容量的FLASH(闪存)，用于存储临时数据，以及进行DFOTA(空中软件升级)升级，因此体积比较大，不太适合小体积穿戴设备以及工业级别等特殊行业领域的应用。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中无线通信NB-IoT模块，多为单频，应用范围比较窄，通用性差以及体积较大的缺陷，提供一种多频段NB-IoT模块。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种多频段NB-IoT模块，所述多频段NB-IoT模块包括NB-IoT处理器、多频输入模块、多频输出模块；

所述NB-IoT处理器分别与所述多频输入模块和所述多频输出模块电连接，所述多频输入模块和所述多频输出模块分别与射频天线电连接；

所述NB-IoT处理器包括低频处理输入端、高频处理输入端、低频处理输出端、高频处理输出端、第一GPIO(通用输入/输出)口、第二GPIO口和第三GPIO口；所述多频输出模块包括射频功率放大器和滤波器，所述射频功率放大器包括低频功放输入端、高频功放输入端、低频功放输出端、高频功放输出端、低频使能端、高频使能端和模式使能端，所述滤波器包括高频滤波器和低频滤波器，所述低频滤波器包括低频滤波输入端、低频滤波输出端，所述高频滤波器包括高频滤波输入端和高频滤波输出端；所述多频输入模块包括低频声表滤波器和高频声表滤波器；

所述低频处理输出端和低频功放输入端电连接，所述高频处理输出端与所述高频功放输入端电连接，所述第一GPIO口和所述低频使能端电连接，所述第二GPIO口和所述高频使能端电连接，所述第三GPIO口和所述模式使能端电连接，所述高频功放输出端和所述高频滤波输入端电连接，所述低频功放输出端与所述低频滤波输入端电连接，所述低频滤波输出端与所述高频滤波输出端分别与射频天线电连接；所述射频天线通过所述低频声表滤波器与所述低频处理输入端电连接，所述射频天线还通过所述高频声表滤波器与所述高频处理输入端电连接；

当所述NB-IoT处理器通过所述高频处理输出端发送第一高频信号时，所述第三GPIO口为第一电平时，所述模式使能端为第一电平，所述高频使能端为高电平，高频功放输入端至所述高频功放输出端导通，所述第一高频信号通过所述高频功放输入端传输至所述高频功放输出端，并通过所述高频滤波器传输至所述射频天线，所述射频天线发送所述第一高频信号；当所述NB-IoT处理器通过所述低频处理输出端发送第一低频信号时，所述第三GPIO口为第二电平，所述模式使能端为第二电平，所述低频使能端为高电平，所述低频功放输入端至所述低频功放输出端导通，所述第一低频信号通过所述低频功放输入端传输至所述低频功放输出端，并通过所述低频滤波器传输至所述射频天线，所述射频天线发送所述第一低频信号；

当所述射频天线接收到第二低频信号时，所述射频天线将所述第二低频信号通过所述低频声表滤波器发送至所述低频处理输入端，当所述射频天线接收到第二高频信号时，所述射频天线将所述第二高频信号通过所述第二高频声表滤波器发送至所述高频处理输入端。

较佳地，所述第一高频信号和所述第二高频信号的频段均包括多个频段；

和/或，所述第一低频信号和所述第二低频信号的频段均包括多个频段。

较佳地，所述第一电平为高电平，所述第二电平为低电平；

或者，所述第一电平为低电平，所述第二电平为高电平。

较佳地，所述输入模块还包括高频低噪放模块和低频低噪放模块，所述高频低噪放模块包括高频低噪输入端、高频低噪输出端，所述低频低噪放模块包括低频低噪输入端、低频低噪输出端，所述射频天线通过所述高频低噪输入端与所述低频声表滤波器电连接，并通过低频低噪输入端和低频声表滤波器电连接。

较佳地，所述多频段NB-IoT模块包括天线开关模块，所述天线开关模块包括第一射频端、第二射频端、第三射频端、第四射频端、开关使能端和天线端；

所述第一射频端和所述高频低噪输入端电连接，所述第二射频端和所述低频功放输出端电连接，所述第三射频端和所述低频低噪输入端电连接，所述第四射频端和所述高频功放输出端电连接，所述射频天线与所述天线端电连接；

所述开关使能端用于分别控制第一射频端、第二射频端、第三射频端、第四射频端至所述天线端的通道的导通控制。

较佳地，所述多频段NB-IoT模块还包括电源调整器，所述射频功率放大器还包括调整电压端，所述电源调整器的输入端与外部电源电连接，所述电源调整器的输出端与所述调整电压端电连接。

较佳地，所述多频段NB-IoT模块还包括电源开关模块，所述射频功率放大器还包括工作电压端，所述电源开关模块的一端连接至电源，另一端分别与所述电源调整器的输入端、所述工作电压端和所述天线开关模块的电源端连接。

较佳地，所述电源开关模块的另一端还与所述NB-IoT处理器电连接。

较佳地，所述多频段NB-IoT模块还包括eSIM(嵌入式用户身份识别卡)模块，所述NB-IoT处理器包括eSIM端，所述eSIM模块与所述eSIM端电连接；

和/或，所述NB-IoT处理器内部设置FLASH芯片；

和/或，所述NB-IoT处理器还包括ADC(模数转换器)接口、DAC地(数据转换器)接口、RESET(复位)端、UART(异步收发传输器)接口、Debug(调试)UART接口、NETLIGHT(网络状态灯)接口和I2C(集成电路总线)接口中的至少一个。

较佳地，所述多频段NB-IoT模块还包括封装结构体，所述封装结构体用于将所述NB-IoT处理器、多频输入模块、多频输出模块封装，所述封装结构体的外表面设置若干焊盘接口。

本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型的多频段NB-IoT模块通过NB-IoT处理器对射频功率放大器的模式控制，使得射频功率放大器分别工作在低频段和高频段输出模式，以分别实现第一低频信号和第一高频信号的发送；通过低频声表滤波器和高频声表滤波器，使得接收的第二低频信号和第二高频信号分别通过传输至NB-IoT处理器的低频处理输入端和高频处理输入端，以实现第二高频信号和第二低频信号的接收。

附图说明

图1为本实用新型的多频段NB-IoT模块的模块示意图。

图2为本实用新型的多频段NB-IoT模块的射频功率放大器的电路示意图。

图3为本实用新型的多频段NB-IoT模块的滤波器的电路示意图。

图4为本实用新型的多频段NB-IoT模块的高频低噪放模块的电路示意图。

图5为本实用新型的多频段NB-IoT模块的低频低噪放模块的电路示意图。

图6为本实用新型的多频段NB-IoT模块的天线开关模块的电路示意图。

图7为本实用新型的多频段NB-IoT模块的封装结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。

本实施例提供一种多频段NB-IoT模块，如图1所示，多频段NB-IoT模块包括NB-IoT处理器1、多频输入模块2、多频输出模块3、天线开关模块4、电源调整器5、电源开关模块6、eSIM模块7。

NB-IoT处理器1分别与多频输入模块2和多频输出模块3电连接，多频输入模块2和多频输出模块3与射频天线8电连接；多频输入模块2和多频输出模块3可共用同一个天线，通过天线开关模块4进行通道开关控制以实现共用一个天线，多频输入模块2和多频输出模块3分别通过天线开关模块4与射频天线8电连接。

NB-IoT处理器1包括低频处理输入端RX_RF_900MHz、高频处理输入端RX_RF_1800MHz、低频处理输出端TX_RF_900MHz、高频处理输出端TX_RF_1800MHz、第一GPIO口、第二GPIO口和第三GPIO口；多频输出模块3包括射频功率放大器31和滤波器32，如图2所示，射频功率放大器31包括低频功放输入端RFIN_LB、高频功放输入端RFIN_HB、低频功放输出端RFOUT_LB、高频功放输出端RFOUT_HB、低频使能端VEN_LB、高频使能端VEN_HB和模式使能端VMODE。如图3所示，滤波器32包括高频滤波器321和低频滤波器322，低频滤波器322包括低频滤波输入端IN_PUT、低频滤波输出端OUT_PUT，高频滤波器321包括高频滤波输入端IN_PUT和高频滤波输出端OUT_PUT。

低频处理输出端TX_RF_900MHz和低频功放输入端RFIN_LB电连接，高频处理输出端TX_RF_1800MHz与高频功放输入端RFIN_HB电连接，第一GPIO口和低频使能端VEN_LB电连接，第二GPIO口和高频使能端VEN_HB电连接，第三GPIO口和模式使能端VMODE电连接，高频功放输出端RFOUT_HB和高频滤波输入端IN_PUT电连接，低频功放输出端RFOUT_LB与低频滤波输入端IN_PUT电连接，低频滤波输出端OUT_PUT与高频滤波输出端OUT_PUT分别通过天线开关模块4与射频天线8电连接；射频天线8依次通过天线开关模块4和低频声表滤波器21与低频处理输入端TX_RF_900MHz电连接，射频天线8还依次通过天线开关模块4和高频声表滤波器21与高频处理输入端RX_RF_1800MHz电连接；

当NB-IoT处理器1通过高频处理输出端TX_RF_1800MHz发送第一高频信号时，第三GPIO口为第一电平时，模式使能端VMODE为第一电平，高频使能端VEN_HB为高电平，高频功放输入端RFIN_HB至高频功放输出端RFOUT_HB导通，第一高频信号通过高频功放输入端RFIN_HB传输至高频功放输出端RFOUT_HB，并传输至射频天线8，射频天线8发送第一高频信号；当NB-IoT处理器1通过低频处理输出端TX_RF_900MHz发送第一低频信号时，第三GPIO口为第二电平，模式使能端VMODE为第二电平，低频使能端VEN_LB为高电平，低频功放输入端RFIN_LB至低频功放输出端RFOUT_LB导通，第一低频信号通过低频功放输入端RFIN_LB传输至低频功放输出端RFOUT_LB，并通过低频滤波器322传输至射频天线8，射频天线8发送第一低频信号；本实施例中的第一电平为高电平，第二电平为低电平，也可以第一电平为低电平，第二电平为高电平。

多频输入模块2包括低频声表滤波器21、高频声表滤波器22、高频低噪放模块23和低频低噪放模块24。

如图4、图5所示，低频低噪放模块23包括低频低噪输入端900_RX_LNA、低频低噪输出端RX_SAW，高频低噪放模块24包括高频低噪输入端1800_RX_LNA、高频低噪输出端RX_SAW，射频天线8通过天线开关模块4与高频低噪输入端1800_RX_LNA电连接，高频低噪输出端RX_SAW与高频声表滤波器22电连接，射频天线8通过天线开关模块4与低频低噪输入端900_RX_LNA电连接，低频低噪输出端RX_SAW和低频声表滤波器21电连接。

当射频天线8接收到第二低频信号时，射频天线8将第二低频信号通过低频声表滤波器21发送至低频处理输入端RX_RF_900MHz，当射频天线8接收到第二高频信号时，射频天线8将第二高频信号通过第二高频声表滤波器22发送至高频处理输入端RX_RF_1800MHz。

本实施例中，第一低频信号和第二低频信号的频段范围为716-960MHz，第一高频信号和第二高频信号的频段范围为1805-2690MHz，第一高频信号和第二高频信号的频段均包括多个频段；第一低频信号和第二低频信号的频段均多个频段。

本实施例的多频段NB-IoT模块该模块支持H-FDD技术，支持3GPPRel-14协议，支持GMSK、BPSK和QPSK等调制方式。支持E-CID、OTDOA定位技术。支持Band(波段)1、Band 3、Band5、Band 8、Band20、Band 28等多种频段配置。

如图6所示，天线开关模块4包括第一射频端RF1、第二射频端RF2、第三射频端RF3、第四射频端RF4、开关使能端V1-V3和天线端ANT；

第一射频端RF1和高频低噪输入端1800_RX_LNA电连接，第二射频端RF2和低频功放输出端RFOUT_LB电连接，第三射频端RF3和低频低噪输入端900_RX_LNA电连接，第四射频端RF4和高频功放输出端RFOUT_HB电连接，射频天线8与天线端ANT电连接；

开关使能端V1-V3用于分别控制第一射频端RF1、第二射频端RF2、第三射频端RF3、第四射频端RF4至天线端ANT的通道的导通控制。

射频功率放大器31还包括调整电压端和工作电压端，电源开关模块6的一端连接至电源，另一端连接至电源调整器5的输入端，电源开关模块6的另一端还分别与工作电压端、NB-IoT处理器1、天线开关模块4的电源端连接。

NB-IoT处理器1包括eSIM端，eSIM模块与eSIM端电连接；NB-IoT处理器1内部设置FLASH芯片；NB-IoT处理器1还包括ADC接口、DAC接口、RESET端、UART接口、Debug UART接口、NETLIGHT接口和I2C接口中的至少一个。

如图7所示，多频段NB-IoT模块还包括封装结构体，封装结构体用于将NB-IoT处理器1、多频输入模块2、多频输出模块3封装，封装结构体的外表面设置若干焊盘接口91。

本实施例的多频段NB-IoT模块通过NB-IoT处理器对射频功率放大器的模式控制，使得射频功率放大器分别工作在低频段和高频段输出模式，以分别实现第一低频信号和第一高频信号的发送；通过低频声表滤波器和高频声表滤波器，使得接收的第二低频信号和第二高频信号分别通过传输至NB-IoT处理器的低频处理输入端和高频处理输入端，以实现第二高频信号和第二低频信号的接收。

多频段NB-IoT模块支持高速UART串口通信，支持低功耗模式下UART串口通信。支持Single tone(单音)和Multi tone(多音)子载波数据传输功能，传输数据速率更快，接收数据更省电。支持DFOTA固件升级。支持多路ADC/DAC/I2C/SPI接口，网络指示灯设计等。

多频NO-IoT模块采用NB-IoT最新技术，最大耗流只需要230mA(毫安)，大大降低了对电池容量的要求。模块电压输入范围广，支持目前市面上3V/3.3V/3.6V等电池典型电压值。本模块采用NB-IoT最新技术，支持3GPPRel-14(一种通信协议)协议，支持多载波传输数据，下行速度128kbps(一种网速带宽的单位)，上行速度64kbps，比传统的NB-IoT模块数据传输量大。

多频NO-IoT模块的串口在PSM(节能模式)模式下，仍然可以接收和发送AT(调制解调器命令语言)命令，不需要额外的按键唤醒设备。多频NO-IoT模块射频端支持多频段，可支持6个Band，模块根据基站覆盖网络信息以及信号强度，可以自动切换频段。

在同一基站的情况下，NB-IoT可以比现有无线技术提供50～100倍的接入数，单个基站小区可支持200000个多载波的NB-IoT终端接入，不用担心用户网络拥堵问题。

多频NO-IoT模块超低静态电流的负载开关和电源调整器，将睡眠功耗降低到3uA(微安)左右，最大限度的满足单节电池使用10年的目标，超长待机。

不需要FLASH芯片，就可以进行DFOTA升级，一方面节约开发成本；另一方面大大降低了整机功耗。本模块在极小的尺寸(19.9mmx23.6mm)下内嵌了eSIM芯片，一来客户不用在增加额外的器件选型和评估工作，为客户降低了成本；另一方面避免了USIM(全球用户识别)卡外部的走线过长造成USIM卡因干扰产生的不识别卡问题。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种多频段NB-IoT模块，其特征在于，所述多频段NB-IoT模块包括NB-IoT处理器、多频输入模块、多频输出模块；

所述NB-IoT处理器分别与所述多频输入模块和所述多频输出模块电连接，所述多频输入模块和所述多频输出模块分别与射频天线电连接；

所述NB-IoT处理器包括低频处理输入端、高频处理输入端、低频处理输出端、高频处理输出端、第一GPIO口、第二GPIO口和第三GPIO口；所述多频输出模块包括射频功率放大器和滤波器，所述射频功率放大器包括低频功放输入端、高频功放输入端、低频功放输出端、高频功放输出端、低频使能端、高频使能端和模式使能端，所述滤波器包括高频滤波器和低频滤波器，所述低频滤波器包括低频滤波输入端、低频滤波输出端，所述高频滤波器包括高频滤波输入端和高频滤波输出端；所述多频输入模块包括低频声表滤波器和高频声表滤波器；

所述低频处理输出端和低频功放输入端电连接，所述高频处理输出端与所述高频功放输入端电连接，所述第一GPIO口和所述低频使能端电连接，所述第二GPIO口和所述高频使能端电连接，所述第三GPIO口和所述模式使能端电连接，所述高频功放输出端和所述高频滤波输入端电连接，所述低频功放输出端与所述低频滤波输入端电连接，所述低频滤波输出端与所述高频滤波输出端分别与射频天线电连接；所述射频天线通过所述低频声表滤波器与所述低频处理输入端电连接，所述射频天线还通过所述高频声表滤波器与所述高频处理输入端电连接；

当所述NB-IoT处理器通过所述高频处理输出端发送第一高频信号，并且所述第三GPIO口为第一电平时，所述模式使能端为第一电平，所述高频使能端为高电平，高频功放输入端至所述高频功放输出端导通，所述第一高频信号通过所述高频功放输入端传输至所述高频功放输出端，并通过所述高频滤波器传输至所述射频天线，所述射频天线发送所述第一高频信号；当所述NB-IoT处理器通过所述低频处理输出端发送第一低频信号，并且所述第三GPIO口为第二电平时，所述模式使能端为第二电平，所述低频使能端为高电平，所述低频功放输入端至所述低频功放输出端导通，所述第一低频信号通过所述低频功放输入端传输至所述低频功放输出端，并通过所述低频滤波器传输至所述射频天线，所述射频天线发送所述第一低频信号；

当所述射频天线接收到第二低频信号时，所述射频天线将所述第二低频信号通过所述低频声表滤波器发送至所述低频处理输入端，当所述射频天线接收到第二高频信号时，所述射频天线将所述第二高频信号通过所述第二高频声表滤波器发送至所述高频处理输入端。

2.如权利要求1所述的多频段NB-IoT模块，其特征在于，所述第一高频信号和所述第二高频信号的频段均包括多个频段；

和/或，所述第一低频信号和所述第二低频信号的频段均包括多个频段。

3.如权利要求1所述的多频段NB-IoT模块，其特征在于，所述第一电平为高电平，所述第二电平为低电平；

或者，所述第一电平为低电平，所述第二电平为高电平。

4.如权利要求1所述的多频段NB-IoT模块，其特征在于，所述输入模块还包括高频低噪放模块和低频低噪放模块，所述高频低噪放模块包括高频低噪输入端、高频低噪输出端，所述低频低噪放模块包括低频低噪输入端、低频低噪输出端，所述射频天线通过所述高频低噪输入端与所述高频声表滤波器电连接，并通过所述低频低噪输入端和所述低频声表滤波器电连接。

5.如权利要求4所述的多频段NB-IoT模块，其特征在于，所述多频段NB-IoT模块包括天线开关模块，所述天线开关模块包括第一射频端、第二射频端、第三射频端、第四射频端、开关使能端和天线端；

所述第一射频端和所述高频低噪输入端电连接，所述第二射频端和所述低频功放输出端电连接，所述第三射频端和所述低频低噪输入端电连接，所述第四射频端和所述高频功放输出端电连接，所述射频天线与所述天线端电连接；

所述开关使能端用于分别控制第一射频端、第二射频端、第三射频端、第四射频端至所述天线端的通道的导通控制。

6.如权利要求5所述的多频段NB-IoT模块，其特征在于，所述多频段NB-IoT模块还包括电源调整器，所述射频功率放大器还包括调整电压端，所述电源调整器的输入端与外部电源电连接，所述电源调整器的输出端与所述调整电压端电连接。

7.如权利要求6所述的多频段NB-IoT模块，其特征在于，所述多频段NB-IoT模块还包括电源开关模块，所述射频功率放大器还包括工作电压端，所述电源开关模块的一端连接至电源，另一端分别与所述电源调整器的输入端、所述工作电压端和所述天线开关模块的电源端连接。

8.如权利要求7所述的多频段NB-IoT模块，其特征在于，所述电源开关模块的另一端还与所述NB-IoT处理器电连接。

9.如权利要求1所述的多频段NB-IoT模块，其特征在于，所述多频段NB-IoT模块还包括eSIM模块，所述NB-IoT处理器包括eSIM端，所述eSIM模块与所述eSIM端电连接；

和/或，所述NB-IoT处理器内部设置FLASH芯片；

和/或，所述NB-IoT处理器还包括ADC接口、DAC接口、RESET端、UART接口、Debug UART接口、NETLIGHT接口和I2C接口中的至少一个。

10.如权利要求1所述的多频段NB-IoT模块，其特征在于，所述多频段NB-IoT模块还包括封装结构体，所述封装结构体用于将所述NB-IoT处理器、多频输入模块、多频输出模块封装，所述封装结构体的外表面设置若干焊盘接口。