Как стать автором
Обновить

Автономный LTE роутер своими руками | Часть 1 — От идеи до схемы

Уровень сложностиСредний
Время на прочтение14 мин
Количество просмотров35K
Всего голосов 85: ↑84 и ↓1+105
Комментарии57

Комментарии 57

Очень круто для диплома. Мне помнится раньше основное требование к диплому было чтобы всё было нарисовано точно по ГОСТу. А что там нарисовано и работает ли оно это никого сильно не интересовало. Ограничение РОЕ 26 вольт по-моему зря. Лучше откажись от измерения тока. Про CAD, на мой взгляд это Cadence.

я для себя использую иногда kicad. вполне годно.

Ого! Красиво! :)

А удалось уже сделать это (последнюю схему в статье) в железе?

Или пока идёт этап проектирования?

Была обещана статья про железо.
Где железо то? Платы, фотографии готовго устройства?

Полагаю, что автор представит это в дальнейших частях по теме ветки

Всё правильно, ожидайте :3

И не запаривайтесь с дифференциальными линиями там сильно.
В моем роутере я USB 2 припаивал проводами, и отлично работало на 480 Мбит/с даже если провода раздвигал на 20 мм друг от друга.

Но попробовать стоило, да и внутренний протекционист не дал бы покоя) Я так понимаю стоит 'заморачиваться' начиная с USB3 и Gigabit Ethernet

Стоит заморачиваться с USB 2.0. Никогда не знаешь, насколько дерьмовый кабель будет использовать пользователь.

Какое-то недопое получается и совать его куда попало опасное дело, ибо по IEEE 802.3af 57В может быть на потребителе.

Опять же надо уложится в потребление. По тому же минимальному af 350ма потолок.

Именно для пое есть готовые контроллеры, за рублей 800 (а то и дешевле на том же али) можно купить готовую плату, срисовать все с нее и просто передуть компоненты на свою плату.

Я так понимаю, что автор руководствовался пассивным пое на 24 вольта, наподобие микротика и UBNT. А зря.

Не надо так делать. Не надо изобретать и поддерживать бомжепое. Пусть этот роутер стоит на 300 рублей больше при крупной партии, но умеет в нормальный 802.3af/at.

Во-первых, на рынке появились уйма китайских коммутаторов за копейки с, как ни странно, нормально работающим 802.3af/at (да, реально не подает питание при несоответствии клиента стандарту, а не просто пассивные 48в - сами в приятном удивлении. Уже стоит несколько сотен на обьектах)

Во-вторых - под стандартный PoE 48v можно найти свичи, бп и прочее, когда надо вот_прямо_сейчас_любой_ценой в любом мухосранске, где есть DNS/Ситилинк/любой вменяемый магазин.

В-третьих - стандартное PoE за последние пару лет шагнуло в совсем уж потребительский сегмент и в "умные дома". Сейчас на нем чего только не делают, ассорртимент разве чуть меньше чем на обычных 12 вольтах. Лично видел светодиодные светильники потолочные на PoE, динамики аудио на PoE и прочие девайсы, не входящие в номенклатуру "профессионального сетевого оборудования". И это я молчу про домофоны (клиентские терминалы и вызывные панели), и прочая, прочая.

Спасибо. Да именно, недоPoE я использую и успел 'пощупать' именно в связке с этими двумя:

UniFi AP + hEX S
UniFi AP + hEX S

Естественно никто (т.е. я единственный обладатель данного девайса) не будет подключать роутер к свичу на 48/57 вольт. Даже в статье под схемой работы PoE было уточнение что под стандарт оно не попадает.

Насчёт нормального PoE есть размышления и планы, о них я постараюсь рассказать в финальной части

успел 'пощупать' именно в связке с этими двумя

И вот это боль. Мало того что пассив пое вообще не документирован и его могут накрутить как угодно, так еще и ворох напряжений. И за всем за этим надо следить, не забыть и прочее. А с нормальным стандартом все просто - подключил и пользуешься. Очень советую задуматься.

Все модемные SoC базируются на ARM – повод задуматься о энергоэффективности MIPS роутеров.

Давайте задумаемся. MediaTek в своих SoC перешла с ARM на MIPS несколько лет назад. Какие выводы из этого мы должны сделать ?

ЗЫ: у кваллкома в модеме всю дорогу собственный Франкенштейн - Hexagon.

несколько лет назад

Вот именно) В статье речь скорее про относительно приевшиеся SoC 2010-2016 годов, про свежие SoC я ничего не скажу, т.к. сам остановился на MT7621A. Пожалуй сделаю уточнение в статье, дабы не было вопросов, спасибо!

Какие выводы из этого мы должны сделать ?

миром правят манагеры, инженеры бы поступили иначе.

ЗЫ: у кваллкома в модеме всю дорогу собственный Франкенштейн - Hexagon.

Это не франкенштейн, а DSP процессор. Потому что обрабатывать сигналы прямо процессором общего назначения на LTE скоростях очень дорого.

Вообще, встроенные модемы живут вместе с армами потому что все модемы делает qualcomm вместе с армами, потому что они всю жизнь делают армы. Так-то модемы работают на специализированных DSP и на чём гоняет "соседский" линукс им совершенно всё равно.

Это не франкенштейн, а DSP процессор

Спасибо Кэп! Я как-бы писал под него. На асме. И знаю немного, что это такое)))
А "франкенштейн" он потому, что вырос из 16 битного ISA. По-крайней мере именно такое ощущение складывается от побитовой раскладки команд.

Вообще, встроенные модемы живут вместе с армами потому что все модемы делает qualcomm вместе с армами

модемы делает не только Qualcomm. Для сотовых телефонов, собственные модемы делают ещё MediaTek (MTK), Samsung (Exynos), Huawei (Kirin), Unisoc (слившиеся RDA и Spreadtrum). Интел ещё делала, но не осилила 5G и свернула бизнес.

Так-то модемы работают на специализированных DSP и на чём гоняет "соседский" линукс им совершенно всё равно.

бОльшая часть модемов, из моего списка в пред. пункте, работает на обычном ARM.

бОльшая часть модемов, из моего списка в пред. пункте, работает на обычном ARM

Беглый поиск показал, что MTK используют отдельный ARM-R7 (он не обычный, линукс на нём не заработает), а в Exynos указывают, что модем это отдельное интегрированное устройство. А для приложений там отдельный целый Cortex-Ann. То есть если бы разработчикам было очень надо, они могли бы поженить модем с MIPS, например. Но, незачем.

Беглый поиск показал, что MTK используют отдельный ARM-R7 (он не обычный, линукс на нём не заработает

Что значит "отдельный" ? Модем интегрирован в SoC, также, как и у Qualcomm. Допускаю, что есть MTK чипы без "толстого" AP, навроде разных линеек msm/mdm у Qualcomm.

(он не обычный, линукс на нём не заработает)

Интересная классификация. Линукс на большинстве ARM чипов не заработает. Помимо линейки R ещё вся линейка Cortex-M. Да и с Cortex-A не думаю что сразу всё гладко будет. Без допиливания DTB.

в Exynos указывают, что модем это отдельное интегрированное устройство

Так отдельное или интегрированное ? Современный SoC набит десятками процессоров и подсистем. Просто для информации.

То есть если бы разработчикам было очень надо, они могли бы поженить модем с MIPS, например.

Они УЖЕ это сделали. Модемный софт (дада, именно то, что отвечает за прикладную часть сотовых протоколов) в современных MTK уже на MIPS.

По-сути модем это пачка SDRок, возможно некоторое железо для offload низкоуровневых задач (типа D11 в BCM чипах). И в финале софтовая обработка поступающей цифровой информации уже на процессоре общего назначения (пусть и VLIW, как Hexagon). И вот эта софтовая часть может быть на каком угодно железе. Раньше Qualcomm вовсю юзали ARM, например.

Что значит "отдельный" ?

Значит, что это ядро независимое от процессора приложений. Со своим отдельным софтом, питанием, памятью и всем остальным. А не одно из ядер Cortex-A57, например.

Да и с Cortex-A не думаю что сразу всё гладко будет

Эм. Там как раз линуксы очень гладко работают. Андройд-телефоны обычно имеют как раз таки Cortex-A, в качестве процессора приложений.

Они УЖЕ это сделали. Модемный софт (дада, именно то, что отвечает за
прикладную часть сотовых протоколов) в современных MTK уже на MIPS.

Я имел ввиду, что процессор для приложений может быть, например, MIPS, а DSP для обработки LTE, например Cortex-R.

Значит, что это ядро независимое от процессора приложений. Со своим отдельным софтом, питанием, памятью и всем остальным.

Питание обычно централизованное, на отдельной микросхеме (или паре микросхем). До отдельного питания на каждый процессор внутри SoC никто не опускается. И питанием управляет ещё один(!) процессор внутри SoC.))))

Также модем может быть в виде отдельного чипа. Соединённого через PCIe (в современных устройствах) с основным SoC. Например в Kona (sm8250/sd865) из-за спешки не успели довести "до ума" встроенный модем, и заставили всех производителей телефонов ставить внешний. Это была одна из причин, по которой Pixel5 вышел не на топовом процессоре, а на 765-ом.

Я имел ввиду, что процессор для приложений может быть, например, MIPS, а DSP для обработки LTE, например Cortex-R.

AP (Application Processor) у MTK это ARM, Cortex-A.
BP (Baseband Processor) у MTK был ARM. Теперь MIPS.
Всё внутри SoC (т.е.внутри корпуса одного чипа.)

Для себя данную проблему решил взяв GL.Inet E750 - ванильный OpenWRT работает из коробки, батарея не космос, 5Ач, но тоже неплохо, скорость хорошая. Сменные LTE модули, если необходимо в стране работать где совсем другой LTE (TDD vs FDD)

Купил себе фирмы Kroks, точную модель уже не помню, в прошивке отображается как AP221M4, современный близкий аналог Kroks Rt-Pot DS m4.
PoE, встроенная антенна с штатной возможностью установки на тарелку, правда родной БП кончился через год, но позволяет просто использовать две пары с обычным БП. Скорость интернета как была 40-60Мб/с, так и осталась. Встроенный wifi, но я его не использую, т.к. он торчит со стороны поля и интернет мне там некому раздавать. Вчера или позавчера внезапно перестал подключаться, оказалась Йота поменяла(или убрала старые) точки доступа. Решилось сменой профиля в настройках.
Модем хоть и уличный, но зимой ему лучше не выключаться иначе он долго не может завестись. В моём просто припаян E3372H-153, в новых он уже интегрирован в плату.
Судя по форумам, в его конденсаторах и проблема.
В общем то поставил и забыл.
Соседям воткнул обычный свисток Йоты в роутер, на окне. В корпусе он работает плохо, пришлось его снять и прилепить на терморезину радиатор с вентилятором от древней видеокарты, это решило проблему с зависаниями.

Прочитал с удовольствием.

Жду продолжения.

Осталось неясным, так где же LTE модуль в проекте?
Модуль с Wi-Fi вижу, а модуля с LTE нет нигде.
Ещё вместо измерителя токов можно поставить fuel-gauge IC от Analog Devices, например.
Он даст больше информации, и о токах в том числе. Это если девайс реально собираетесь питать от аккумулятора.

Кстати вот такие любительские проекты потом вырастают в очень мощные экосистемы.
Я как пример всегда привожу вот этих парней - https://www.8devices.com/products
Тоже начинали с простеньких разработок на специализированных SoC-ах и OpenWRT, а теперь авторизированный центр Qualcomm и OpenWRT переделали под себя до неузнаваемости. Правда они это уже лет 15 делают.


так где же LTE модуль в проекте

Это одна из немногих ошибок, вместо того чтобы взять внутренний M.2 LTE модуль я решил использовать внешний USB модем e3372h-153. Самое интересное что во время создания схемы я прекрасно видел модули на M.2, но почему-то значения им не придал...

можно поставить fuel-gauge IC от Analog Devices

Спасибо учту, верно я понимаю что подобные IC используются в батарейных сборках, аля аккумуляторы от ноутбуков и т.п.?

Это если девайс реально собираетесь питать от аккумулятора

Уже, не без оговорок (о них было оговорено в статье), но успешно работает от аккумулятора.

Вот небольшой микроспойлер к части про софт

По факту, насколько я помню, они все работают по USB, даже те что в м.2 формфакторе, просто через USB линии в m.2

Да верно, поэтому мне ничего не мешало использовать внутренний модем, но увы..

По CAD-ам. По моему мнению, и Altium Designer - самое. Куча готовых библиотек, там где их нет - мастера создания компонентов в 5 кликов, встроенный гит, встроенная 3D модель платы, возможность генерировать всю тех. документацию вместе с чертежами и спецификациями и куча, куча всего. Еще и на рынке востребован.
Отдельным бонусом - возможность настройки по ГОСТ (а можно и не настраивать, а взять готовый шаблон, коих масса, внести переменные - будет вообще автоматически все генерировать)
Минус правда есть - он платный, лицензии для хоббистов вроде нет (не уверен), так что или платить, или йо-хо-хо

Лет 10 работаю в Design Spark PCB. По сравнению с Altium он — младший брат, но это уже полноценный САПР с проверкой правил и генерацией документации по редактируемым шаблонам. И он официально бесплатный для Коммерческого использования без ограничений по количеству компонентов и с рабочим полем платы метр на метр. Версию рекомендую не старше 8 — дальше изменений почти нет, но больше не запускается без интернета. Мне не хватает только экспорта в 3D и автотрассировщиков. За всё время работы он ни разу не подвёл, все нарушения правил трассировки были вовремя выявлены.
Аналогичная ТЗ стояла с выбором «лесного» 4G роутера. Я для себя закрыл вариантом Perenio Elegance. Единственное что вывел пигтейлы для внешних антенн.

Интересный зверёк, правда поздно его заметил.. Странный выбор выбор разработчиков LTE Cat.4 + MT7621, когда предпочтительнее смотрелся бы Cat.6, возможно во благо автономности, если бы не

мой нездоровый интерес к роутерам

и его автономность (производитель заявляет 6 часов при работе только с датчиками), то возможно не стал упарываться

У роутера несколько ревизий, есть и с Cat.6 в виде Quectel EP06-E. Разработчики когда-то находились в Минске, при должном усилии можно было договорится на любой модем. В продаже у оператора A1 чаще всего были модемы GMA510, а в самом начале работы Perenio c A1 — использовались Quectel EC25-EС и массивный алюминиевый радиатор на половину корпуса :).
При лесной работе (без датчиков, просто как 4G роутер) — рабочий день тянет без проблем, но аккумулятор со временем теряет в емкости. А так конечно очень добротно сделанное устройство.

Спасибо за фитбэк, обязательно это учту в финальной части)

А ещё они у велкома на акции по цене в ~40$ были...

Я и трое коллег купили тоже по такому роутеру...

Недавно новая прошивка вышла

ага. но изменений, на невооруженный глаз, как бы особенно и не заметно.
Как диплом — хорошо. Но есть куда стремиться. У вас был какой-нибудь адекватный научный руководитель? Или вообще всё сами делали?

За попытку kelvin connection 5. За реализацию три :) Интересна мотивация, побудившая вас так расположить компоненты и провести дорожки. И вообще любопытно было бы взглянуть на всю трассировку.

29-й вывод CP2102 надо было повесить на землю, хоть об этом прямо и не сказано в даташите.

Кнопки тоже можно было защитить от ESD.

В чем по-вашему, смысл индуктивностей L1 и L4?

Чтобы быть востребованным на рынке, лучше уметь как минимум Altium + Cadence или Mentor. Для домашних поделок лучше выбрать KiCAD. Ну или йо-хо-хо.

Но есть куда стремиться

Безусловно, это можно сказать первая проба пера

У вас был какой-нибудь адекватный научный руководитель? Или вообще всё сами делали?

Был довольно толковый куратор группы поддерживающий начинания и иногда смотрящий на схему, его звёздный час будет в финальной части про моделирование и печать корпуса. А в остальном - всё сам. Ибо скажем так, у меня был запасной вариант темы дипломной работы в виде:

Майкрафт сервера
И включал бы рассказ начиная от железа (древний ProLiant на оптеронах)
И включал бы рассказ начиная от железа (древний ProLiant на оптеронах)
 заканчивая софтом (vmware esxi + ubuntu + puffer panel)
заканчивая софтом (vmware esxi + ubuntu + puffer panel)

Неожиданно правда?

И это вполне бы считалось за дипломную работу, так что планку выставлял только я сам)

За попытку kelvin connection 5. За реализацию три :) Интересна мотивация, побудившая вас так расположить компоненты и провести дорожки.

Спасибо, именно взгляда со стороны мне не хватало. Мотивация? - Грёбанный недоперфекционист, не более. Трассировка плат (а вместе с ним и понимание протекания процессов в работе устройства с печаткой) для меня пока ещё тёмный лес. Максимум старался не косячить по крупному и придерживался данной статьи

И вообще любопытно было бы взглянуть на всю трассировку

В процессе создание сканов/фото готовой платы для следующей части + добавлю скриншоты из ECAD

29-й вывод CP2102 надо было повесить на землю, хоть об этом прямо и не сказано в даташите.

Не совсем то, в следующей части со сборкой печатки надо будет проверить ваш вариант и моё предположение, не буду пока спойлерить)

Кнопки тоже можно было защитить от ESD

Как хороший тон + учитывая что это отладочная версия платы - определённо стоило

В чем по-вашему, смысл индуктивностей L1 и L4?

В ходе поиска референсных схем в google images было найдена данная схема, оттуда были взяты номиналы конденсаторов (ибо абсолютно не понятно сколько и чего, а нужно ли их высчитывать и т.д.) и описанные вами индуктивности. Как я понял нужны они для согласования/разделения земель или что-то в этом роде, поправьте если знайте, ибо нормально я не смог нагуглить

Чтобы быть востребованным на рынке, лучше уметь как минимум Altium + Cadence или Mentor. Для домашних поделок лучше выбрать KiCAD. Ну или йо-хо-хо.

Про Mentor и Cadence до этого не приходилось слышать. Есть идеи освоить KiCAD и Altium, но к первому я отношусь с некоторой настороженностью, ибо opensource утилиты зачастую делают только программисты, если был печальный опыт с FreeCAD, то поймёте. Спасибо за фитбек!

недоперфекционист
Перемудрили в данном случае. Вы про классы точности печатных плат что-нибудь читали? Почему не стали заводить проводники в углы площадок обычных резисторов? Также вызывает вопросы выбор типоразмеров элементной базы. Конденсатор у вас 0402, а резисторы при этом 0603. Или 0603 и 0805, лень считать по картинке :)
референсных схем в google images
Надо было нагуглить какие-нибудь распространенные PHY, хоть от того же микрочипа и посмотреть на них апноуты, как надо делать трассировку. Потому что бездумная копипаста без внятного понимания, зачем сделано так, а не иначе, ни к чему не приводит. Не знаком с EasyEDA настолько, чтобы знать особенности рисования схем там, но по вашей схеме сигнальная земля и защитная земля, куда по-идее, должен быть подключен shield разъема у вас одна и та же. И какой тогда смысл в индуктивности? Вот, почитайте.
Насколько могу судить, кикад сейчас стал намного лучше, чем раньше. Там появились многие фишки, которых нехватало. Да и возможность напитонячить что-то своё в нём намного удобнее, чем тот же SKILL из Cadence (Lisp-подобный язык). По сравнению с фрикадом, кикад сейчас просто как мерседес по сравнению с автовазом. В альтиуме, вроде бы у нас (в РФ в смысле) работы больше. В менторе и кейденсе меньше, но они интереснее (ИМХО) с точки зрения возможностей. Хотя это постоянный холивар среди пользователей.

Вы про классы точности печатных плат что-нибудь читали?

Конечно, иначе бы DRC меня совсем ошибками засыпал и китайцы не пропустили плату, заказывал как у 'синих' так и 'зелёных' (обзову так, потом разберусь как на хабре обстоит дело с упоминаем компаний). В нынешней печатке тоже ошибки есть и именно в местах с резисторами у АЦП, но китайцев видимо устроил зазор между дорогами и пятаками. То что перемудрил это точно, достаточно было повернуть резисторы..

Конденсатор у вас 0402, а резисторы при этом 0603

0805 и 0603* - потому что 'Шарик балбес' и первую версию схемы лепил из каких попало резисторов и конденсаторов. Уже только на второй все номиналы были сведены к одним типоразмерам 0603 и одним и тем же номенклатурным номерам. Однако поскольку блок АЦП остался нетронутым, невнимательность увы..

По сравнению с фрикадом, кикад сейчас просто как мерседес по сравнению с автовазом. В альтиуме, вроде бы у нас (в РФ в смысле) работы больше. В менторе и кейденсе меньше, но они интереснее (ИМХО) с точки зрения возможностей.

Спасибо, теперь точно буду то и то щяпучкать) Кстати что насчёт Diptrace? Про него что-то не часто вспоминают

Хотя это постоянный холивар среди пользователей

Это да, я и тут этого ждал после публикации и поднятие активности в комментариях мухаахаха, но на данный момент среди прочитавших все проявляют адекватность и это радует

китайцев видимо устроил зазор
Им зачастую плевать, что у вас там. Получилось — хорошо. Не получилось — тоже хорошо, если клиент платит. На электрониксе был поциент, жаловавшийся, что китайцы произвели ему вот такое
image
и не пикнули. Это должно заставить задуматься инженера, делающего топологию, что технолог на производстве за него думать не обязан.

Diptrace наверное где-то можно использовать. Для дома там, например. Но по мне так лучше уж кикад освоить, в нём работы будет больше, чем в диптрейсе, а жизнь одна. Это, кстати, касается любых других самобытных скрепных программ: чем больше вы знакомы с общеупотребительным всемирным софтом, тем менее вы завязаны на сами знаете что.

Ну и чуть не забыл

Не знаком с EasyEDA настолько, чтобы знать особенности рисования схем там, но по вашей схеме сигнальная земля и защитная земля, куда по-идее, должен быть подключен shield разъема у вас одна и та же. И какой тогда смысл в индуктивности?

Земля одна, земляной полигон идёт сразу на пятаке индуктивности
Нашёл вот такое руководство от Ti там как раз показано и рассказано что с этими землями делать, надеюсь не одному мне пригодиться. А от моей индуктивности видимо действительно смысла не особо

Это только оголовок кроличьей норы. Да и техасцы не всегда и во всём правы бывают.

Всегда интересовало:
Почему не выпускаются роутеры с парой релюшек на 220 В. и хотя бы 10 А.
Ведь на SoC всегда есть пара свободных GPIO пинов. Крайне удобно было бы перезагружать комп в офисе...


Скорее это уже что-то ближе к промышленным роутерам и IoT, чем к устройствам бытового назначения

Устройств для такого дела на рынке полно, но именно включённая в устройство коммутация (да и в принципе работа с) 220 В – это доп. требования к безопасности и сертификации

Менагеры каждый резистор экономят - вместо них нередко "специально обученные перемычки", а вы такой жир хотите - релюшки, да на 10А!

Сейчас вообще с этим проще - гоу на Али и взять что-нибудь из мира IoT - какой-нибудь девайс на ЕСП-эшке. Кулибины сами могут залить в роутер альтернативную прошивку, дёргающую "свободные пины" или через ЮСБ.

у Perenio IOT кроме роутера есть и умные розетки

у сяоми есть 2350 и 6000 роутеры с поддержкой зигби

Безумству храбрых! Я бы просто взял микротик с PCI внутри и сделал бы для него корпус с повербанком. Но так конечно круче.

А что за модель?

Тоже интересно, причём - любой со слотом под модем. Кроме Микротика есть же масса других с нормальными прошивками.

у тплинка арчер с7 одной из ревизий с писиай

у перенио на борту три писиай (слотами, в одном вафля 2,4, во втором - вафля 5, в третьем LTE модем)

у zte есть древний роутер с писиай на борту

про перенио был чей-то пост на хабре, с картинками

и есть тема на 4пда

Из требований я понял, что, по сути, это teltonika моделей 9xx без аккумулятора. Автор, успехов в проекте!

Шикарно! Спасибо автору!

Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий

Публикации

Истории