随着移动通讯技术的发展,2G、3G通信已无法满足人们对于影音娱乐、数据通讯方面的需求,LTE作为第4代移动通讯标准(4G)网络,一经出现便获得了快速的普及。目前有很多国内厂家都在对4G模块的开发及应用进行大量的投入。应国内运营商要求,4G模块需要向下兼容3G与2G网络。此外,由于4G模块通常被集成在车载、手持、穿戴、电力、安防等领域的设备上,有时还需要支持GNSS系统。4G模块的硬件设计涉及到电路设计、EMC设计、高低温性能等方面的问题。如何设计一个高性能、高可靠性的4G模块硬件设计是本文的主要研究方向。本文基于高通芯片平台,完成了一款国内全网通4G模块的硬件设计,主要研究工作及其成果如下:1、定位并解决了 4G模块灵敏度异常的问题。4G模块的灵敏度指的是模块可正常解调接收信号时,天线端口处的最小输入功率,它是接收机的最重要的性能指标,它决定了移动通讯网络的覆盖范围。在系统调试中,我们遇到了两种灵敏度异常情况:第一,模块在开启CODEC的工作时钟(MCLK)时,部分LTE频段灵敏度下降;第二,当WIFI工作时,相邻LTE频段受到严重干扰,难以进行正常通信,甚至掉网。为解决上述问题,我们设计了干扰抑制电路和方案,利用高通RSSI测试软件(Noise Profiling Tool)以及灵敏度测试设备(R&SCMW500)对模块进行调试测试,定位干扰源。为抑制MCLK的高频干扰,我们在MCLK输出管脚附近增加了低通滤波器,同时修改MCLK的走线,以避免信号的串扰。针对WIFI与LTE互相干扰问题,我们通过增加FRAR滤波器、增加天线隔离度、以及设置LTE与WIFI同时工作时的屏蔽频带,以确保LTE与WIFI可以同时正常工作。2、解决了4G模块在高、低温条件下,部分性能指标不达标的可靠性问题。(1)在高、低温环境下,GNSS冷启动定位慢,甚至不能定位;(2)在低温环境下,模块待机后概率性无法唤醒;(3)在高、低温环境下最大功率差别大,不能满足3GPP要求。为解决上述问题,我们改善了对晶体高低温频偏的校正方案,使晶体频偏在工作温度范围内降低至2ppm以内;通过分析与抓取log发现了低温环境下,待机模式下晶体温度采样电路的异常,并更换了合适的器件;功率放大电路中,闭环控制存在局限性,我们增加梯度式温度补偿方案确保输出功率的稳定。3、本文创新地提出GNSS L1复用LTE通信系统射频接口的方案,从而节约了射频线束及其连接器的成本。GNSS通常设计为单独使用一根同轴线以及天线接口,这样可以确保GNSS不受其它系统的干扰。但GNSS L1系统使用的频带很窄,浪费了线路上的其他频带资源。由于4G系统与GNSS L1频段并不重叠,本文分析了GNSS L1复用其它通信系统射频接口方案的可能性。其中GNSS L1复用LTE分集天线的方案已经应用于一些项目。综上所述,本文工作是基于高通MDM9615平台,成功完成了4G移动通信模块硬件设计,研究的重点在于射频通讯部分的设计与调试。文中提出了硬件设计方案、调试方法、测试方案以及一些关键技术故障的解决方案。论文所完成的4G模块已经进入量产,成为多个M2M设计解决方案中的核心模组,并可以作为下一代通信模块设计的很好借鉴。