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Air720SGI模块硬件设计手册-V1.2

合宙 模组资料网 2年前 (2021-05-15) 433次浏览 0个评论 扫描二维码
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Air720SGI模块硬件设计手册-V1.2

目录

@[TOC]

1. 绪论

1.1. 模块简介

  Air720SG-Mini PCIe 模块是PCI Express Mini Card 1.2 标准接口LTE模块,本文档定义了 Air720SG-Mini PCIe 模块的功能,电气特性及机械细节,通过此文档的帮助,结合模块本身的应用手册和用户指导书,客户可以快速应用 Air720SG-Mini PCIe 模块于无线应用。

1.2. 应用场景

  Air720SG-Mini PCIe 模块是合宙通信推出的一款国内全网通 LTE Cat.4 Mini PCIe 模块,采用LTE 3GPP Rel.9技术,支持最大下行速率150Mbps 和最大上行速率50Mbps ,同时支持多种开发方式,如USB上网、标准AT、Lua脚本二次开发等,并可提供专业且及时的在线技术支持,欢迎登录 http://www.openluat.com 进一步了解。
  Air720SG-Mini PCIe 内置丰富的网络协议,集成多个工业标准接口,并支持多种驱动和软件功能(如Windows XP, Windows Vista, Windows 7/8/8.1/10 , Linux, Android等操作系统下的USB驱动等),极大地拓展了其在M2M领域的应用范围,如CPE、路由器、数据卡、平板电脑、车载、安防以及工业级PDA等。

2. 综述

2.1. 型号信息

  Air720SG-Mini PCIe模块产品采用国内全网通的CAT.4系列Air720SG模块,型号信息如下:
图表1:模块支持频段列表

型号 Air720SG Air720SGA
WCDMA B1/B5/B8 B1/B5/B8
LTE-FDD B1/B3/B5/B8 B1/B3/B5/B8
LTE-TDD B34/B38/B39/B40/B41 B34/B38/B39/B40/B41
主集接收 Y Y
分集接收 N Y
备注 国内4G全网通 国内4G全网通

2.2. 主要性能

  下表描述了Air720SG-Mini PCIe模块的关键性能:
图表2:模块主要性能

特征 说明
支持频段 见表1模块型号信息介绍
发射功率 • WCDMA:Class3(24dBm+1/-3dB)• LTE-TDD:Class3(23dBm+1/-3dB) • LTE-FDD:Class3(23dBm+-2dB)
供电 • 供电电压:3.3V~4.3V,典型值3.3V
一般特性 • 尺寸:30.0mm×51.0mm×3.6mm• 重量:约 9 克• 温度范围:-40°C ~ +85°C
功耗 • 20uA @关机• 3mA @休眠,典型值
WCDMA 特性 • 支持3GPP R8 DC-HSPA+    • 支持16-QAM,64-QAM and QPSK modulation    • 3GPP R6 CAT 6 HSUPA:最大上行速率 5.76Mbps    • 3GPP R8 CAT24 DC-HSPA+:最大下行速率 42Mbps
LTE特性 • 最大支持non-CA CAT4     • 支持1.4 ~ 20MHz射频带宽    • • LTE-FDD:最大上行速率 50Mbps,最大下行速率 150Mbps    • LTE-TDD:最大上行速率 50Mbps,最大下行速率 150Mbps
灵敏度 TDD B34: -98dBm (10M)    TDD B38: -99dBm (10M)    TDD B39: -99dBm (10M)    TDD B40: -99.5dBm (10M)    TDD B41: -99dBm (10M)    FDD B1: -99dBm    FDD B3: -99dBm    FDD B5: -100dBm    FDD B8: -99.5dBm    WCDMA B1: -110dBm    WCDMA B8: -109.5dBm
软件特性 • USB 驱动:Windows XP, Windows Vista,Windows7/8.1/10,Linux/Android    • NDIS 驱动:Windows 7/8/8.1/10    • RIL 驱动:Android 4.x/5.x/6.x/7.x/8.x/9.x    • ECM 驱动:Linux 2.6/3.x/4.1~4.15
网路协议特性 已支持TCP/UDP/PPP/FTP/HTTP/ NTP/PING /HTTPS /FTPS/MMS/CMUX/SSL • SMTP/SMTPS/ DTMF开发中
SIM卡接口 • 支持USIM/SIM卡:1.8V/3V
USB接口 • 1 个 USB 2.0 高速接口,数据传输速率最大到 480Mbps
UART接口 • 用于AT命令和数据传输• 最大波特率921600bps,默认115200bps    • 支持硬件流控(CTS/RTS)
天线接口 • 特性阻抗50欧姆
其他接口 • RESET复位(低电平有效)• 1 个 NETLIGHT 接口(NET_STATUS )
RoHS • 所有器件完全符合RoHS标准
封装 • 52个管脚,实际可用管脚详见第4节管脚图

3. 功能框图

• 一路USIM卡接口
• 一路USB2.0接口
• 一路UART接口(UART支持流控)
• 支持外部复位功能
• 一路LTE主集天线
• 一路LTE分集天线
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图1:Air720SG-Mini PCIe功能框图

4. 应用接口

  Air720SG-Mini PCIe 信号接口是标准的 Mini PCI Express 接口,使用52个金手指管脚,下图为Air720SG-Mini PCIe模块应用接口定义:
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图1:Air720SG-Mini PCIe 应用接口

图表1:Air720SG-Mini PCIe接口描述

管脚编号 Mini PCI Express 标准管脚定义 Air720SG-Mini PCIe管脚定义 I/O 管脚描述 备注
1 WAKE# WAKEUP_OUT O 拉低唤醒AP 具体功能参阅6.6 WAKEUP_OUT
2 3.3Vaux VCC_3.3 PI 模块主电源VCC(VCC=3.3V~4.3V) 电压低于3.3V时射频指标会恶化
3 COEX1 U_BOOT I 在开机之前上拉到VDD_EXT(1.8V),模块会强行进入 USB 下载模式 1.8V电压域,不用则悬空
4 GND GND GND 模块地
5 COEX2 NC
6 1.5V NC
7 CLKREQ# NC
8 UIM_PWR USIM_VCC P USIM卡供电 模块可以自动识别1.8V或者3V(U)SIM卡
9 GND GND GND 模块地
10 UIM_DATA USIM_DATA I/O USIM卡数据线
11 REFCLK- VDD_EXT PO 输出1.8V 如果使用这个管脚给外部供电,负载电流不要超过50mA,不用则悬空
12 UIM_CLK USIM_CLK O USIM卡时钟线
13 REFCLK+ NC
14 UIM_RESET USIM_RST O USIM卡复位线
15 GND GND GND 模块地
16 UIM_VPP NC
17 RESERVED NC
18 GND GND GND 模块地
19 RESERVED WAKEUP_IN I 低电平唤醒模块 1.8V电压域
20 W_DISABLE# W_DISABLE# I 低电平使能模块进入飞行模式 兼容1.8、2.8、3.3V电平
21 GND GND GND 模块地
22 PERST# RESET_IN I 模块复位;内部上拉到VCC_3.3 1. VCC_3.3电压域2. 内部上拉,把管脚拉低1s以上模块复位
23 PERn0 UART_RXD I 模块接收数据 1.8V电压域
24 3.3Vaux VCC_3.3 PI 模块主电源VCC(VCC=3.3V~4.3V) 电压低于3.3V时射频指标会恶化
25 PERp0 UART_RTS O 模块清除发送 1.8V电压域
26 GND GND GND 模块地
27 GND GND GND 模块地
28 1.5V UART_CTS I DTE请求发送数据给模块 1.8V电压域
29 GND GND GND 模块地
30 SMB_CLK NC
31 PETn0 UART_TXD O 模块发送数据
32 SMB_DATA WAKEUP_OUT O 开漏输出 不用则悬空
33 PETp0 RESET_IN I 模块复位;内部上拉到VCC_3.3 1. VCC_3.3电压域2. 内部上拉,把管脚拉低1s以上模块复位
34 GND GND GND 模块地
35 GND GND GND 模块地
36 USB_D- USB_DN IO USB差分数据- 90欧姆差分阻抗控制
37 GND GND GND 模块地
38 USB_D+ USB_DP IO USB差分数据+ 90欧姆差分阻抗控制
39 3.3Vaux VCC_3.3 PI 模块主电源VCC(VCC=3.3V~4.3V) 电压低于3.3V时射频指标会恶化
40 GND GND GND 模块地
41 3.3Vaux VCC_3.3 PI 模块主电源VCC(VCC=3.3V~4.3V) 电压低于3.3V时射频指标会恶化
42 LED_WWAN# LED_WWAN# O 网络状态指示
43 GND GND GND 模块地
44 LED_WLAN# NC
45 RESERVED NC
46 LED_WPAN# NC
47 RESERVED NC
48 1.5V NC
49 RESERVED NC
50 GND GND GND 模块地
51 RESERVED NC
52 3.3Vaux VCC_3.3 PI 模块主电源VCC(VCC=3.3V~4.3V) 电压低于3.3V时射频指标会恶化

5. 工作模式

  下表简要的叙述了Air720SG-Mini PCIe模块的各种工作模式。
图表1:工作模式

模式 功能
正常工作SLEEP模式 在模块没有任何任务处理则会自动进入睡眠模式。睡眠模式下,模块的功耗会降到非常低,但模块仍然能够收发数据、短消息和来电。
正常工作IDLE模式 软件正常运行。模块注册上网络,没有数据,语音和短信交互。
正常工作TALK/Data模式 连接正常工作。有数据或者语音或者短信交互。此模式下,模块功耗取决于环境信号的强弱,动态DTX控制以及射频工作频率。
关机模式 此模式下PMU停止给基带和射频供电,软件停止工作,串口不通,但VCC_3.3管脚依然通电
最少功能模式(保持供电电压) 此模式下,射频和SIM卡都不工作,但是串口仍然可以访问
飞行模式 AT+CFUN=4可以将模块设置为飞行模式,此模式下模块射频不工作

5.1. 上电开机与复位功能

5.1.1.上电开机

  Air720SG-Mini PCIe模块开机脚设计为低电平状态,可实现上电自动开机功能。需要注意,模块不支持关机,只要VCC_3.3管脚的电压大于开机电压,即使软件调用关机接口,模块仍然会再开机起来。另外,在此模式下,要想成功开机起来VCC_3.3管脚电压必须大于软件设定的开机电压值(3.3V),如果不满足,模块会关闭,就会出现反复开关机的情况。

5.1.2.复位功能

  RESET_IN引脚可用于使模块复位。拉低 RESET_IN 引脚150ms以上可使模块复位。

5.2. 省电功能

  根据系统需求,有两种方式可以使模块进入到低功耗的状态。对于AT版本使用“AT+CFUN”命令可以使模块进入最少功能状态。

5.2.1.最少功能模式/飞行模式

  最少功能模式可以将模块功能减少到最小程度,此模式可以通过发送“AT+CFUN=”命令来设置。参数可以选择0,1,4。
  • 0:最少功能(关闭RF和SIM卡);
  • 1:全功能(默认);
  • 4:关闭RF发送和接收功能;
  如果使用“AT+CFUN=0”将模块设置为最少功能模式,射频部分和SIM卡部分的功能将会关闭。而串口依然有效,但是与射频部分以及SIM卡部分相关的AT命令则不可用。
  如果使用“AT+CFUN=4”设置模块,RF部分功能将会关闭,而串口依然有效。所有与RF部分相关的AT命令不可用。
  模块通过“AT+CFUN=0”或者“AT+CFUN=4”设置以后,可以通过“AT+CFUN=1”命令设置返回到全功能状态。

5.2.2.睡眠模式(慢时钟模式)

  以下描述均针对标准AT版本,关于LUA版本的睡眠管理看wiki.openluat.com的介绍。
串口应用下支持两种睡眠模式:
 睡眠模式1:通过WAKEUP_IN管脚电平控制模块是否进入睡眠
 睡眠模式2:模块在串口空闲一段时间后自动进入睡眠
(1)睡眠模式1
 开启条件:
  发送AT指令AT+CSCLK=1
 模块进入睡眠:
  控制WAKEUP_IN脚拉高,模块会进入睡眠模式1
  模块退出睡眠:
 拉低WAKEUP_IN脚50ms以上,模块会退出睡眠模式可以接受AT指令
  模块在睡眠模式1时的软件功能:
 不响应AT指令,但是收到数据/短信/来电会有URC上报
(2)睡眠模式2
 开启条件:
  发送AT指令AT+CSLCK=2
 模块进入睡眠:
  串口空闲超过AT+WAKETIM配置的时间(默认5s),模块自动进入睡眠模式2
 模块退出睡眠:
  串口连续发送AT直到模块回应时即退出睡眠模式2
 模块在睡眠模式2时的软件功能:
  不响应AT指令,但是收到数据/短信/来电会有URC上报

6. UART串口定义

  Air720SG-Mini PCIe模块提供了通用异步收发器:串口UART。模块支持自适应波特率,自适应波特率支持范围9600bps到115200bps。

6.1. 串口描述

UART串口
 • UART_TXD:发送数据到DTE设备的RXD端
 • UART_RXD:从DTE设备TXD端接收数据
 • UART_RTS:清除发送
 • UART_CTS:DTE请求发送数据给DCE
  在默认情况下,模块的硬件流控是关闭的。当客户需要硬件流控时,管脚RTS,CTS必须连接到客户端,AT命令“AT+IFC=2,2”可以用来打开硬件流控。AT命令“AT+IFC=0,0”可以用来关闭流控。具体请参考《AirM2M无线模块AT命令手册》。
图表1:串口管脚定义

名称 管脚 作用
UART_TXD 31 串口发送数据
UART_RXD 23 串口接收数据
UART_RTS 25 清除发送
UART_CTS 28 DTE请求发送数据给DCE

6.2. 串口特点

• 包括数据线TXD和RXD,硬件流控控制线RTS和CTS。
• 8个数据位,无奇偶校验,一个停止位。
• 硬件流控默认关闭。
• 用以AT命令传送,数传等。
• 支持波特率如下:1200,2400,4800,9600,14400,19200,28800,38400,57600,115200,230400,460800,921600bps
• AT指令版本默认情况下模块是自适应波特率(AT+IPR=0),在自适应波特率模式下,开机后初始化信息(开头是“RDY”)不会回发给主控机。在模块开机2-3秒后,可以给模块发送AT命令。主控机需首先发送“AT”字符给模块来训练主控机的波特率,此时模块会上报初始化信息,表明训练成功。用户可以发送一个“AT+IPR=x :&W”命令给模块(x是波特率,比如9600),此命令的作用是设置一个固定的波特率并保存,在完成这些配置之后,每次模块开机以后,会自动串口返回URC初始化信息(开头是“RDY”)。
为了更好的使用自适应波特率功能,以下的使用条件需要注意:
 模块和上位机之间同步:
 自适应波特率功能开启情况下,当模块上电,在发送“AT”字符前最好等待 2~3秒钟。当模块上报开机初始化信息,表明波特率训练成功,和上位机完成了同步。
 在自适应波特率模式下,主控器如果需要开机信息,必须首先进行同步。否则开机初始化信息将不会上报。
 自适应波特率操作配置:
• 串口配置为8位数据位,无奇偶校验位,1位停止位(出厂配置)
• 模块开机时只有字符串“AT”可以训练波特率。(“at”、“At”或者“aT”无法被识别)
• 波特率训练成功后,可以识别大写、小写或大小写组合的AT命令。
• 自适应波特率模式下,如果模块开机没有先同步,如“RDY”,“+CFUN: 1”和“+CPIN: READY”这样的URC信息将不会上报。
• 在自适应波特率模式下,不推荐切换到软件多路复用模式。

6.3. 串口通信

6.3.1.串口连接方式

主串口的连接方式较为灵活,如下是两种常用的连接方式。
 (1)三线制的串口请参考如下的连接方式:
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图1:串口三线制连接方式示意图
 (2)带流控的串口连接请参考如下电路连接,此连接方式可提高大数据量传输的可靠性,防止数据丢失。
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图2:带流控的串口连接方式示意图

6.3.2.串口电压转换

  Air720SG-Mini PCIe模块UART的电平是1.8V的,如果要和3.3V/5V 的MCU通信,必须外加电平转换电路:
  电平转换电路如下:
  VDD_EXT是模块输出的I/O电平电压,VDD_MCU是客户端的I/O电平电压,D2 选低导通压降的肖特基二极管。电平转换也可以通过外加电平转换芯片来实现。
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图3:电平转换电路

6.4. USB接口

  Air720SG-Mini PCIe模块的USB符合USB2.0规范,支持高速(480Mbps)和全速(12Mbps)模式。该接口可用于AT命令传送,数据传输,软件调试和软件升级。
图表2:USB管脚定义

|名称 |管脚 |作用 |
| ———— | ———— | ———— |
|USB_DP |38 |USB差分数据正,需90欧姆差分阻抗 |
|USB_DM |36 |USB差分数据负,需90欧姆差分阻抗 |
|GND |GND |地 |
 USB接口参考设计电路如下:
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图4:USB接口参考设计

6.5. SIM卡接口

6.5.1.SIM卡接口定义

 SIM卡接口支持ETSI和IMT-2000卡,支持1.8V和3.0V USIM卡。
下表介绍了SIM的接口管脚定义。
图表3:SIM卡接口管脚定义

管脚名 管脚号 作用
USIM_VDD 8 USIM卡供电电源。自动侦测SIM卡工作电压。精度3.0V±10%和1.8V±10%。最大供电电流10mA。
USIM_RST_N 14 USIM卡复位脚
USIM_DATA 10 USIM卡数据线
USIM_CLK 12 USIM卡时钟线
USIM_GND 18

6.5.2.接口应用电路

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图5:SIM卡接口参考设计

6.6. WAKEUP_OUT

|管脚名 |管脚号 |作用 |
| ———— | ———— | ———— |
|WAKEUP_OUT |1 |唤醒AP |
图表4:WAKEUP_OUT信号动作

|状态 |WAKEUP_OUT应答 |
| ———— | ———— |
|待机 |高电平 |
|语音呼叫 |变为低电平,之后:    (1) 通话建立时变为高电平    (2) 使用AT命令 ATH挂断语音,WAKEUP_OUT变为高电平    (3) 呼叫方挂断,WAKEUP_OUT首先变为高电平,然后拉为低电平持续 120ms,收到自动回复 URC信息 “NO CARRIER”,之后再变为高电平    (4) 收到短信时变为高电平 |
|数据传输 |变为低电平,之后:    (1) 数据连接建立时变为高电平    (2) 使用AT命令 ATH挂断数据连接,WAKEUP_OUT变为高电平    (3) 呼叫方挂断,WAKEUP_OUT首先变为高电平,然后拉为低电平持续 120ms,收到自动回复 URC信息 “NO CARRIER”,之后再变为高电平    (4) 收到短信时变为高电平 |
|短信 |当收到新的短信,WAKEUP_OUT变为低电平,持续 120ms,再变为高电平 |
|URC |某些 URC信息可以触发WAKEUP_OUT拉低 120ms |
  如果模块用作主叫方,WAKEUP_OUT会保持高电平,收到URC信息或者短信时除外。而模块用作被叫方时,WAKEUP_OUT的时序如下所示:
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图6:语音呼叫时模块用作被叫方 WAKEUP_OUT时序
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图7:数据呼叫时模块用作被叫方WAKEUP_OUT时序
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图8:模块主叫时WAKEUP_OUT时序
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图9:收到URC信息或者短信时WAKEUP_OUT时序

6.7. 网络状态指示

  Air720SG-Mini PCIe模块使用第42脚信号来指示网络的运行状态。如下两表分别描述了管脚定义和不同网络状态下的逻辑电平变化:
图表5:网络指示管脚定义

|管脚名 |管脚号 |作用 |
| ———— | ———— | ———— |
|LED_WWAN# |42 |指示模块的网络运行状态 |
图表6:网络指示管脚的工作状态

|管脚工作状态 |网络状态 |
| ———— | ———— |
|亮0.2秒,灭1.8秒 |搜网状态 |
|亮1.8秒,灭0.2秒 |待机 |
|亮0.125秒,灭0.125秒 |数据传输状态注意:该状态提示仅限于PPP拨号成功或者AT指令主动激活PDP成功,RNDIS联网成功 |
 驱动电路参考如下:
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图10:LED_WWAN# 参考电路

7. 天线接口定义

  Air720SG-Mini PCIe模块支持LTE射频接口与DIV分集射频接口两种方式,本章将描述射频接口的基本信息与电气特性。

7.1. 天线接口

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7.2. 接口机械尺寸

射频座采用331.25mm规格,图示如下:
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图2:射频接口机械尺寸图
  如果模块使用 RF 连接器连接方式连接,推荐使用Hirose的 UF.L-R-SMT 连接器。下图显示了 RF 连接座尺寸,单位为 mm。
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图3:天线连接器选型

7.3. RF输出功率

图表1:RF传导功率

频段 最大 最小
WCDMA B1/B8 24dBm +1/-3dB <-50dBm
LTE FDD B1/B3/B5/B8 23dBm +-2dB <-44dBm
LTE TDD B34/B38/B39/B40/B41 23dBm +-2dB <-42dBm

7.4. RF传导灵敏度

图表2:RF传导灵敏度

频段 接收灵敏度
WCDMA B1 < -111dBm
WCDMA B8 < -109.5dBm
LTE FDD B1(10M) < -96.5dBm
LTE FDD B3(10M) < -97dBm
LTE FDD B5(10M) < -97dBm
LTE FDD B8(10M) < -96.5dBm
LTE TDD B34(10M) < -96dBm
LTE TDD B38(10M) < -96dBm
LTE TDD B39(10M) < -97dBm
LTE TDD B40(10M) < -96.5Bm
LTE TDD B41(10M) < -96dBm

8. 电器特性,可靠性,射频特性

8.1. 绝对最大值

 如下表所示是模块数字、模拟管脚的电源供电电压电流最大耐受值。
图表1:绝对最大值

参数 最小 最大 单位
VCC_3.3V -0.3 4.3 V
电源供电峰值电流 0 2 A
电源供电平均电流(TDMA一帧时间) 0 0.7 A
数字管脚处电压 -0.3 VDDIO+0.3 V

8.2. 推荐工作条件

图表2:推荐工作条件

参数 最小 典型 最大 单位
VBAT 3.3 3.3 4.3 V

8.3. 工作温度

图表3:工作温度

温度 最低 典型 最高 单位
正常工作温度 -35 25 75
受限工作温度 -40~-35 75~85
存储温度 -45 90

8.4. 电源额定值

图表4:模块电源额度值

参数 描述 条件 最小 典型 最大 单位
VBAT 供电电压 电压必须在该范围之内,包括电压跌落,纹波和尖峰时 3.3 3.3 4.3 V
待机电流 WCDMA DRX=6 TBD mA
WCDMA DRX=9 TBD mA
LTE DRX=5 TBD mA
LTE DRX=9 TBD mA
飞行模式 AT+CFUN=4 TBD mA
最小功能模式 AT+CFUN=0 TBD mA
WCDMA模式 B1 HSDPA TBD mA
B1 HSUPA TBD mA
B8 HSDPA TBD mA
B8 HSUPA TBD mA
LTE模式 B1 TBD mA
B3 TBD mA
B5 TBD mA
B8 TBD mA
B34 TBD mA
B38 TBD mA
B39 TBD mA
B40 TBD mA
B41 TBD mA

9. 外形结构及包装

 本章描述Air720SG-Mini PCIe模块的机械尺寸以及包装信息,单位均为 mm。 其机械尺寸主要包括:

  Air720SG-Mini PCIe外形尺寸
  Mini PCI Express标准尺寸

9.1. Air720SG-MiniPCIe模块外形尺寸

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图1:Air720SG-Mini PCIe 模块尺寸

9.2. MiniPCI Express标准外形尺寸

 Air720SG-Mini PCIe模块采用标准的 Mini PCI Express 接口。下图所示的是标准的 Mini PCI Express 卡的尺寸:
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图2:标准 MiniPCI Express卡尺寸
注:符合标准的 PCI Express MiniPCIe Card 连接器均可以与本模块配套使用。

9.3. 包装

 Air720SG-Mini PCIe模块采用托盘形式进行包装,每个托盘放置 35 片Air720SG-MiniPCIe 模块,最小包装内共包含 500 片模块。


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