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Skalierbarer Mobilfunk – ein Formfaktor

1. Februar 2022, 8:00 Uhr | Simone Schiller
Skalierbarer Mobilfunk – ein Formfaktor
© Glyn

Bei der Auswahl der Funklösung müssen Entwickler viele Faktoren berücksichtigen. Ob industrieller oder gewerblicher Markt: neben Funktechnologie, Einsatzort, Bauform und Größe der Bauteile sowie Stromaufnahme sollte man vorab bedenken: Wie langlebig und zukunftssicher sind die ausgewählten Bauteile?

Gerade in den Bereichen Funktechnologie und IoT hat sich der Stand der Technik in den letzten 5 Jahren rasant weiterentwickelt. Lange war für M2M-Anwendungen 2G und 3G Mobilfunktechnik gut geeignet – mittlerweile werden diese Mobilfunknetze bereits wieder abgeschaltet und durch 4G und 5G Mobilfunk abgelöst.

Flexibel upgraden dank gleichem Formfaktor

Pinkompatibel und gleichzeitig flexibel skalierbar sollte ein zukunftsorientierte Lösung aussehen. Gerade diese Eigenschaften ermöglichen es, Anwendungen schnell und einfach an neue Anforderungen und neue Technologien anzupassen. Der Hersteller Sierra Wireless hat hierfür das Konzept des CF3 Formfaktors entwickelt.

Welche Vorteile bietet Common Flexible Form Factor CF3

Übergeordnet zu unterschiedlichen Produktgenerationen unterstützt der CF3 Formfaktor aktuelle wie künftige Funktechnologien. So ist eine einfachen Skalierbarkeit zwischen Modulfamilien möglich bei definierten Footprints und Pinbelegungen.

Zwei Baugrößen für Mobilfunkmodule
Zwei Baugrößen für Mobilfunkmodule
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Aktuell werden zwei Baugrößen für Mobilfunkmodule verwendet. Auf beiden Baugrößen sind Kontaktpads mit gleichem Footprint und Pinbelegung als »Ring C« vorhanden. Alle für die Funktion notwendigen Signale wie Spannungsversorgung, SIM-Karte, Antennenanschluss, UART, USB und wichtige Steuersignale sind auf diesem Ring belegt. Diese sind für alle Module einheitlich definiert.

Auf den »großen« Modulen der RC und WP Serie gibt es zusätzliche Kontaktpads im »Ring D«. Hier sind weitere, optionale Funktionen belegt.

Zwei Kontaktpad-Ringe definieren das Layout für das Funkmodul auf der Platine
Zwei Kontaktpad-Ringe definieren das Layout für das Funkmodul auf der Platine
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3 Funkmodul-Serien im CF3 Formfaktor bis 4G sowie LPWA

Die RC Serie ist das neueste Mitglied der Sierra Wireless CF3-Familie. Die Module nutzen die »Large« Bauform 22 x 23 mm des CF3 Formfaktors mit Ring C und D. Basierend auf einem Chipsatz von Qualcomm unterstützen die RC76xx Module 4G LTE Mobilfunk. Dabei stehen zwei unterschiedliche Varianten zur Auswahl:

  • LTE Cat. 4 mit Datenraten von bis zu 150 Mbit/s Downlink bzw. 50 Mbit/s Uplink
  • LTE Cat. 1 mit Datenraten von bis zu 10 Mbit/s Downlink bzw. 5 Mbit/s Uplink

Regionale Produktvarianten unterstützen eine Vielzahl von Frequenzbändern für den Einsatz der Module in EMEA, Nordamerika und APAC. Die Module der RC Serie bieten eine einfache Upgrade-Möglichkeit für Anwendungen, die ursprünglich für die 2G, 3G oder 4G Module der HL Serie entwickelt wurden.

Weiterhin enthalten die Module der RC Serie eine integrierte »eSIM«. Zusammen mit den »Ready to Connect« Connectivity Diensten von Sierra Wireless können Sie so eine separate SIM-Karte einsparen. Die Module sind als Varianten mit zusätzlichem GNSS-Empfänger zur Positionsbestimmung erhältlich.

Die HL78xx Module mit einem Chipsatz von Sony/Altair unterstützen die LPWA-Funktechnologien LTE-M und NarrowBand-IoT. Diese Technologien wurden speziell für stromsparende IoT-Anwendungen mit eher niedriger Datenrate entwickelt. Da es bei solchen Anwendungen oft auch auf eine sehr kompakte Bauform ankommt, verwenden die Module den kleineren »Medium« CF3 Formfaktor mit nur 15 x 18 mm.

Dank mehr als 20 unterstützter Frequenzbänder sind die HL78xx Module weltweit in LTE-M und NB-IoT Netzen einsetzbar. Einige Produktvarianten bieten zusätzlich noch 2G GSM/GPRS. Auch hier ist ein »eSIM« Chip bereits im kompakten Modul integriert, so dass eine separate SIM-Karte entfallen kann.

Als Smarte Lösung kombiniert Sierra Wireless mit der WP-Serie ein Mobilfunk-Modem und einen leistungsfähigen ARM Cortex A7 Prozessor mit embedded Linux in einem kompakten Gehäuse. Dies erlaubt die Entwicklung leistungsfähiger Anwendungen mit Funkanbindung in einem Bauteil. Ein externer Prozessor kann so entfallen.

Der äußere »Ring D« an Kontaktpads des 22 x 23 mm großen Packages ist hier mit einer Vielzahl an Zusatzfunktionen belegt. Neben einer zweiten UART, weiteren GPIOs und ADCs ist auch eine SDIO-Schnittstelle vorhandenen.

Die unterschiedlichen Modulvarianten der WP Serie unterstützen 4G LTE Cat 1 oder Cat 4 Mobilfunk für den Einsatz in verschiedenen Regionen wie EMEA, Amerika, APAC oder LPWA Mobilfunk mit LTE-M und NB-IoT.

Löten oder Stecken?

Grundsätzlich sind die Module im CF3 Formfaktor für eine direkte Lötmontage auf der Leiterplatte vorgesehen. Ideal also für eine kosten- und geschwindigkeitsoptimierte Serienproduktion. Für die Entwicklung und Tests sollten Funkmodule schnell und flexibel austauschbar sein. Sierra Wireless bietet hierfür einen Snap-In Sockel, in den die Module eingesetzt werden. Für den Sockel und die Module kann so ein gemeinsames Layout verwendet werden. Der Snap-In Sockel ist aber nicht nur als Hilfsmittel für die Entwicklung gedacht, sondern kann auch für die Serienfertigung genutzt werden.

Fit in die die Zukunft des IoT

Bereits seit 2013 bietet Sierra Wireless Module im CF3 Formfaktor an. Nach den ersten Modulen für 2G GSM/GPRS Mobilfunk folgten darauf Module für 3G UMTS/HSPA und 4G LTE Cat 1 und Cat 4.

Dank des skalierbaren Formfaktor-Konzepts ist es möglich, bestehende Anwendungen für neue Funktechnologien und Einsatzbereiche anzupassen, indem einfach das passende Funkmodul eingesetzt wird. Je nach Einsatzzweck können Module mit oder ohne integrierten Prozessor verwendet werden und damit neue Regionen für die eigenen Anwendung erschlossen werden. Aufwendige Redesigns der Hardware gehören damit der Vergangenheit an. Sierra Wireless Distributor GLYN unterstützt Sie dabei von der Bauteileauswahl über den technischen Support bis hin zur logistischen Lösung für die Serienproduktion.

www.glyn.de


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