KIM1 GigaConcept

Module KIM1 KINEIS – IoT satellitaire

Le KIM1 est un module émetteur capable de transmettre des données aux satellites Argos et Kinéis (31Ko max), offrant ainsi aux objets connectés et applications IoT existantes la possibilité d’intégrer un réseau IoT satellitaire mondial.

• Commandes AT
• Interface UART
• Ports GPIOs. 

UGS : GC-KIM1.3 Catégorie :

    Une connectivité IoT mondiale

    Certifié par le CNES et basé sur la technologie ARGOS-2, le module KIM1 est un émetteur basse puissance permettant une communication des objets connectés et produits IoT avec tous les satellites Kinéis-Argos

    Iot Satellitaire

    Argos

    Introduction

    La constellation de nano-satellites Kinéis embarque une nouvelle génération d’instruments Argos.

    Ce nouveau système propose une bande passante plus large, un temps de revisite réduit (5 à 15 minutes entre les passages d’un satellite), et l’utilisation des protocoles ARGOS RF qui garantit une très faible consommation d’énergie lors de l’envoi de données.

    En outre, une voie descendante sera opérationnelle d’ici 2022. Ce système reste 100% compatible avec toutes les plates-formes Argos existantes.

    Cette constellation aura d’abord pour mission de compléter le système Argos existant, connu pour ses balises de géo-positionnement. Des milliers de balises Argos sont à ce jour utilisées dans le monde pour, entre autres :

    • La localisation des bateaux de pêche,
    • Les bouées marines, pour des programmes d’océanographie et de climatologie,
    • Le suivi d’animaux. 

    L’autre objectif de la constellation est de fournir une connexion à des millions d’objets connectés.

    Satellites for IoT Services 

    La technologie de Kinéis permet le suivi des objets, l’alerte, et la collecte de données à partir de dispositifs fixes et mobiles situés en dehors des zones de couverture des réseaux terrestres.

    8 satellites sont d’ores-et-déjà en orbite terrestre basse (Low Earth Orbit) et 25 nano-satellites seront déployés à fin 2022.

    La capacité du système d’identification automatique (AIS) est prévu dans le même temps.

    Kineis-contellation

     

    Grâce au module KIM1, collecter des données de capteurs IoT et les transmettre par satellite est possible.

     

    Module KIM 1

    module-kim1

    Conçu en boîtier SMT, le module KIM1 intègre un processeur numérique principal, un processeur de bande de base calé sur les formes d’onde Argos-2 et un émetteur RF avec des capacités de puissance de sortie allant jusqu’à 1W.

    Il assure une très faible consommation électrique et son système d’économie d’énergie optimisée assure une meilleure autonomie.

    Le KIM1 est un émetteur conforme aux normes Kinéis et Argos-2 ; il permet d’envoyer des messages contenant jusqu’à 31 octets de données aux satellites Argos et Kinéis.

    Le module reçoit des commandes AT indiquant les paramètres de transmission et la charge utile du message, puis effectue le traitement de modulation du signal RF pour transmettre les données au satellite.

    Facile à utiliser grâce à une interface UART standard, il communique avec un hôte externe via des commandes AT et des ports GPIOs. Il offre aux fabricants et utilisateurs de dispositifs IoT la possibilité d’intégrer rapidement et facilement leurs réseaux (privés ou opérés) dans le réseau satellitaire Kinéis.

    Spécifications générales

    RF Tx Power

    Optimized for 1W

    Adjustable at 250mW, 500mW, 750mW or 1W

    Frequency Range*

    399,910 – 401,680 MHz

    Modulation

    ±1.1rad PSK (ARGOS-2 compliant)

    Over-the-Air data rate

    400 bit/s

    Power Supply

    5V

    Communication Interface

    3.3V UART

    DC, Digital & RF Connections

    Board edge connection

    Package

    Surface-mount module

    Operating temperature

    -20°C to +55°C

    Storage temperature

    -40°C to +90°C

    Humidity

    10% – 90% non-condensing

    Size

    31.2 x 21 x 3.5 mm3

    Certification

    Kinéis & CNES, CE

     

    KIM1 : Diagramme

    Le diagramme du bloc KIM1 présenté ci-dessous décrit le MCU DSP (processeur numérique RF) et le système d’horloge interne (TCXO) en charge de la modulation Argos-2, les sections RF avec les amplificateurs de puissance et les filtres, l’alimentation en courant continu, le contrôle, le GPIO et la section UART (Universal Asynchronous Receive Transmit).

    Kineis-KIM1-Diagramme

    ON/OFF

    Une fonction d’arrêt est disponible sur le module KIM1 lorsque la broche VDD est alimentée, contrôlée par la broche ON/OFF.

    • Si la broche ON/OFF est en position haute (mode par défaut) : les régulateurs internes sont activés, fournissant toutes les tensions internes nécessaires au module pour les fonctions numériques et RF.
    • Si la broche ON/OFF est en position basse : les régulateurs internes sont désactivés, les fonctions numériques et RF du module sont arrêtées, ce qui réduit considérablement la consommation d’énergie.

     

    Diagramme de transition d’état

     

    Kineis-KIM1-diagramme-transitionLorsque le KIM1 est alimenté par VDD, il peut suivre différents modes :

    Mode OFF : lorsque la broche ON/OFF est en position basse, l’alimentation interne est désactivée et la consommation est très faible (courant de repos du régulateur interne).

    Mode Standby : lorsque la broche ON/OFF est en position haute, le processeur numérique RF attend les commandes AT, permettant de passer en mode Running.

    Running Mode : ce mode est activé lorsque le processeur numérique RF reçoit une commande AT, pour la durée d’exécution de la commande AT.

    Mode Transmission : ce mode est activé lorsque le processeur numérique RF reçoit une commande AT de transmission. Il active le TCXO et les amplificateurs de puissance internes et un signal est transmis à l’antenne.

    Valeurs maximales absolues

    Symbol

    Description

    Condition

    Min

    Max

    Unit

    VDD

    Supply voltage

     

    -0.3

    5.5

    V

    IDD*

    Supply current

    VDD=5V

     

    750

    mA

    Ptot*

    Total power consumption

    VDD=5V

     

    3.75

    W

    VIO

    I/O voltage

     

    -0.3

    5.5

    V

    Ves

    Electrostatic handling

    HBM**

    -1000

    1000

    V

    Top

    Operating temperature

     

    -20

    +55

    °C

    Tstg

    Storage temperature

     

    -40

    +90

    °C


    * : pour les échantillons d’ingénierie, le courant d’alimentation maximum est de 1060mA @ 5V DC, et la puissance totale maximum est de 5.3W.
    ** : Modèle du corps humain (HBM), selon ANSI/ESDA/JEDECJS-001, toutes les broches.

    Note : Le module KIM1 n’est pas protégé contre les tensions inverses. Soyez prudent lorsque vous alimentez le module. Le produit doit être alimenté par une alimentation conforme aux normes de sécurité applicables et classée ES1 ou PS1 avec une puissance maximale limitée à 15W ou moins.

    Valeurs nominales de fonctionnement


    Electrique

    Symbol

    Description

    Condition

    Min

    Typ

    Max

    Unit

    VDD*

    Supply voltage

     

    4.5

    5

    5.5

    V

    IDD

    Supply current

     

    200

     

    550

    mA

    V UART

    UART voltage

       

    3.3

    3.6

    V

    VIO

    Other I/O voltage

       

    3.3

    3.6

    V

    Top

    Operating

    temperature

     

    -20

    +20

    +55

    °C

     

    Radiofréquences

    Symbol

    Description

    Condition

    Min

    Typ

    Max

    Unit

    TX frequency

       

    399,910

     

    401,680

    MHz

    TX power

       

    0.25

     

    1

    W

    TX data rate

       

    396

    400

    404

    bits/s

    Logique

    Symbol

    Description

    Condition

    Min

    Typ

    Max

    Unit

    VIL

    Input voltage, low

    VIO =3.3V

       

    0.8

    V

    VIH

    Input voltage, high

    VIO =3.3V

    2

       

    V

    VIL_O

    Input voltage Low state for ON/OFF pin (5)

    VDD=5V

       

    0.8

    V

    VIH_O

    Input voltage High state for ON/OFF pin (5)

    VDD=5V

    2

       

    V

    VIBPC

    Input voltage range, for DEBUG and UART

       

    3.3

    3.6

    V

    II

    Input leakage current

     

    -10

     

    10

    µA

    RPU

    Programmable Pull−Up Resistance

       

    65

     

    kΩ

     

    Sorties digitales

    Symbol

    Description

    Condition

    Min

    Typ

    Max

    Unit

    IOH

    Output current, high

    VOL=2.4V

     

    8

     

    mA

    IOL

    Output current, low

    VIL=0.4V

    2

    8

     

    mA

    IOZ

    Tri-State output leakage current

    VDD_IO =5V

       

    0.8

    V

     

    Consommation de courant

    Toutes les consommations de courant stipulées dans ce paragraphe sont mesurées à la valeur nominale d’une tension d’alimentation 5V.

    Note : L’utilisation du module KIM1 avec une tension d’alimentation inférieure à celle spécifiée diminuera de manière significative les performances RF et la puissance d’émission vers le satellite.

    1. Aperçu du profil de consommation

    Mode

     

    Duration (ms)

     

    Current consumption (mA)

     

    Min

    Typ

    Max

    Min

    Typ

    Max

    Off

    depends on operation

     

    9e-6

     

    Standby

    depends on operation

    3.3

    3.5*

    7

    Running

    negligible

       

    7

    Transmission

    4981

     

    6584

    see paragraph below


    *La consommation de courant en mode veille est plus élevée avant la transmission du premier message (valeur typique de 5,5 mA).

     

    KIM1 - Consumption profile overview

    2. Mode de transmission

     

    a. TCXO warmup

    Le mode de transmission occasionne la plus grande partie de la consommation de courant du KIM1. Cette consommation dépend de la longueur du message transmis et de la puissance de transmission configurée. Après avoir reçu une commande AT de transmission, le KIM1 provoque l’activation du TCXO, puis transmet le message Kinéis au satellite via la sortie RF.

    Vous trouverez ci-dessous les valeurs de durée et de consommation de courant pour les étapes successives du mode de transmission :

    Status

     

    Duration (ms)

     

    Current consumption (mA)

     

    Min

    Typ

    Max

    Min

    Typ

    Max

    TCXO warmup

    4500

    5000

    5500

    6

    6.5

    7

    VPA_ON

    90

    100

    110

    101

     

    111

    Tx status

    36

    40

    44

    104

     

    114

    Transmission

    355

    *

    930

    see table below

     

    KIM1 - TCXO warmup

    b. VPA_ON, Tx status

     

    KIM1 - VPA_ON Tx status

    c. Transmission

    La consommation de courant du KIM1 en mode transmission dépend de la puissance de transmission RF définie par l’utilisateur.
    Le tableau ci-dessous montre la consommation de courant attendue pour chacune des valeurs de puissance de transmission configurables.

    TX power configuration (mW)

    TX power (dBm)

    Current consumption (mA)

    Min

    Typ

    Max

    Min

    Typ

    Max

    250

    23

    24

    25

    200

     

    270

    500

    26

    27

    28

    250

     

    340

    750

    27.8

    28.8

    29.8

    380

     

    440

    1000

    29

    30

    31

    450

     

    550

     

    KIM1 - transmission power values

    d. Variation de température

    En cas de fonctionnement aux températures limites, la consommation de courant peut augmenter comme le montre le graphique ci-dessous :

    KIM1 - variation temperature consommation

    Module PIN-OUT

    KIM1-pin-out-module

    Le tableau ci-dessous renseigne sur les numéros des broches et le statut du module KIM1.

     

    Pin

    Name

    Type

    Description

    Comment

    1

    VDD

    Power

    Positive supply voltage

    5V typical

    2

    VDD

    Power

    Positive supply voltage

    5V typical

    3

    GND

    Power

    Ground

    Must be connected to

    ground

    4

    GND

    Power

    Ground

    Must be connected to

    ground

    5

    ON/OFF

    Input

    Control of internal regulator, activate RF &

    digital processor

    Module ON: High Module OFF: Low

    6

    GND

    Power

    Ground

    Must be connected to ground

    7

    PGOOD_3.3V

    Output

    Internal 3.3V supply presence indicator

    Digital and RF processor supplied. Optional LED with 1KΩ resistor can be added as indicator

    8

    GND

    Power

    Ground

    Must be connected to ground

    9

    RESERVED

    Input/Output

    Do not connect

    10

    GND

    Power

    Ground

    Must be connected to ground

    11

    TX_STATUS

    Output

    Transmission status

    Transmission in progress: High Driving LED possible

    12

    GND

    Power

    Ground

    Must be connected to

    ground

    13

    GND

    Power

    Ground

    Must be connected to ground

    14

    GND

    Power

    Ground

    Must be connected to ground

    15

    GND

    Power

    Ground

    Must be connected to ground

    16

    GND

    Power

    Ground

    Must be connected to ground

    17

    GND

    Power

    Ground

    Must be connected to ground

     

    Spécifications mécaniques


    Le KIM1 est un module SMT d’une taille de 31.2mm x 21mm x 3.5mm pour un poids maximum de 3g.


    Conçu en PCB standard FR4 avec des broches sur 3 côtés permettant la soudure sur un circuit imprimé hôte (PCB) en utilisant un processus de refusion standard.


    Les broches sont métallisées pour assurer une bonne soudure, et le pas des broches est standard pour permettre le placement aisé sur la carte d’application hôte pour un processus de fabrication à faible coût.

     

    Dimensions

    KIM1-dimensions

    Intervalles entre les broches

    KIM1-pin-intervals

    Important : Le module KIM1 a un masque de soudure sur sa face inférieure. Ce masque de soudure couvre les pistes métalliques et les trous d’interconnexion. Pour éviter les courts-circuits, la zone de la carte hôte située sous le module doit rester ouverte, sans masse métallique ni lignes actives.

    Emprunte PCB

    KIM1-emprunte pcb

    Processus de soudure

    Le module KIM1 est fabriqué selon le processus ROHS. Comme le module a un boîtier ouvert, il est sensible à l’humidité. Nous recommandons donc de cuire le module à une température de 90°C pendant au moins 12h pour éviter les problèmes pendant la fabrication (voir jedec IPC/JEDEC J-STD-033D).

    Pour obtenir un processus de refusion optimal pour le montage du module sur le PCB hôte, nous recommandons l’utilisation du profil de température détaillé ci-dessous (voir jedec IPC/JEDEC J-STD-020E).

     

    KIM1-Processus de soudure