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MS2131

硬件设计指导文档版本 02

发布日期 2017-1-13

硬件设计指导关于本章节

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2

关于本章节

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01 2014-9-15 所有初稿发行

02 2017-1-13 6.3.2 刷新整机堆叠的设计

要求

硬件设计指导目录


3

目录

1 简介......................................................................................................................................... 5

2 MS2131 应用关键注意事项 .................................................................................................... 6

3 MS2131 总体介绍 ................................................................................................................... 7

3.1 本章概述 ......................................................................................................................................... 7

3.2 产品信息简介 .................................................................................................................................. 7

3.3 功能概述 ......................................................................................................................................... 8

3.4 产品电路框图 .................................................................................................................................. 9

3.5 产品接口应用框图 ......................................................................................................................... 10

4 MS2131 接口特性及设计要求 ............................................................................................... 11

4.1 本章概述 ....................................................................................................................................... 11

4.2 MS2131 接口介绍.......................................................................................................................... 11

4.2.1 USB 接口介绍及参考电路 ..................................................................................................... 11

4.2.2 电源接口介绍 ....................................................................................................................... 12

4.3 SIM 卡接口介绍 ............................................................................................................................. 13

5 MS2131 射频特性及设计要求 ............................................................................................... 14

5.1 本章概述 ....................................................................................................................................... 14

5.2 工作频率 ....................................................................................................................................... 14

5.3 无线性能指标 ................................................................................................................................ 15

5.3.1 TIS(Total Isotropic Sensitivity)............................................................................................... 15 5.4 天线设计要求 ................................................................................................................................ 15

5.5 天线测试环境 ................................................................................................................................ 18

6 MS2131 结构特性及设计要求 .............................................................................................. 20

6.1 本章概述 ....................................................................................................................................... 20

6.2 外形尺寸 ....................................................................................................................................... 20

6.3 MS2131 配合主机结构设计要求 .................................................................................................... 21

6.3.1 SPCI 连接器外形尺寸 ........................................................................................................... 21

6.3.2 MS2131 与整机堆叠要求 ..................................................................................................... 22

7 MS2131 电源设计指导 .......................................................................................................... 24

硬件设计指导目录


4

7.1 本章概述 ....................................................................................................................................... 24

7.2 MS2131 电源供电.......................................................................................................................... 24

7.3 MS2131 2G 模式下电源要求 ......................................................................................................... 24

7.4 MS2131 3G 模式下电源要求 ......................................................................................................... 26

7.5 MS2131 功耗特性.......................................................................................................................... 27

7.6 外围电源设计要求 ......................................................................................................................... 27

7.6.1 推荐的电源架构 .................................................................................................................... 27

7.6.2 降额要求 .............................................................................................................................. 28

7.6.3 外围供电设计基本规则 ......................................................................................................... 28

8 PCB 设计指导........................................................................................................................ 29

8.1 PCB 设计总体规则 ........................................................................................................................ 29

8.2 电源设计 ....................................................................................................................................... 29

8.3 布线规则 ....................................................................................................................................... 30

8.3.1 电源设计 .............................................................................................................................. 30

8.3.2 USB 信号布线设计 ................................................................................................................ 30

8.3.3 地的处理 .............................................................................................................................. 31

9 ESD 设计指导 ....................................................................................................................... 32

9.1 主机侧 PCB 设计推荐 ................................................................................................................... 32

9.2 主机侧外壳设计推荐 ..................................................................................................................... 32

10 电气和可靠性特性 .............................................................................................................. 33

10.1 本章概述 ..................................................................................................................................... 33

10.2 极限工作条件 .............................................................................................................................. 33

10.3 工作、存储环境 .......................................................................................................................... 33

10.4 电源特性 ..................................................................................................................................... 34

10.4.1 输入电源 ............................................................................................................................ 34

10.4.2 工作电流 ............................................................................................................................ 34

10.5 可靠性特性 ................................................................................................................................. 34

11 附录 ..................................................................................................................................... 37

11.1 附录一 MS2131 不同场景下功耗数据......................................................................................... 37

11.2 附录二 MS2131 OTA 数据 .......................................................................................................... 38

12 Appendix 缩略语 ............................................................................................................... 41

硬件设计指导简介


5

1 简介

本文详细描述 MS2131 硬件规格、接口设计要求、相关设计指导及工作原理等。其中

前五章介绍了 MS2131 的相关规格、对应的主机侧的设计要求，第 6 至 9 章详细介绍

了 MS2131 的相关工作原理以及对应的设计指导等，最后在第 10 章介绍了 MS2131的电气和可靠性。

通过本文，您可以了解到 MS2131 使用过程中的接口规范、电气特性、设计要求及相

关产品信息并作为设计参考。

硬件设计指导 MS2131 应用关键注意事项


6

2 MS2131 应用关键注意事项

本章节介绍了 MS2131 使用时需要关注的影响使用的关键注意事项，用户或主机侧设

计时需要特别关注，否则可能出现某些场合用户无法正常使用 MS2131 的情况，导致

主机侧更改设计的风险。

1. MS2131 对应外围供电的要求比较严格，请在设计供电电路时，严格按照第 7 章

节要求设计；否则可能会出现 2G 大功率时单板重启等异常；

2. MS2131 的天线是内置的，主机侧设计时要严格按照章节 5.4 的要求堆叠设计；

否则可能会导致天线性能恶化，产生无法入网、掉网、电话无法呼入呼出等异常，

严重影响用户体验。

以上事项是主机侧设计时必须特别关注的。

硬件设计指导 MS2131 总体介绍


7

3 MS2131 总体介绍

3.1 本章概述本章节通过对产品的基本信息、功能、电路框图和产品的应用接口的介绍，使用户了

解到 MS2131 的使用场景、可以实现的功能，便于后续的使用、集成。

3.2 产品信息简介 HUAWEI MS2131（以下简称 MS2131）是一款实现高速无线网络接入、支持多种网

络模式的无线终端产品。

MS2131 支持以下多种网络模式：

HSPA+（High Speed Packet Access Plus） UMTS(Universal Mobile Telecommunications System) EDGE（Enhanced Data Rates for Global Evolution） GPRS（General Packet Radio Service） GSM（Global System for Mobile Communications）

MS2131 支持下列业务功能：

支持基于 HSUPA 分组数据业务；支持基于 HSPA+/UMTS 高速分组数据业务；支持基于 EDGE/GPRS 分组数据业务；支持 WCDMA/GSM 短消息业务；

MS2131 支持下列连接方式：

MS2131 通过 USB 接口可以直接连接主机，可以实现基本的数据卡功能。

在 HSPA+/UMTS 或者 EDGE/GPRS/GSM 网络覆盖区域，用户可以通过 MS2131 享

受无线上网、短信沟通、收发电子邮件等应用。

更高的速度、更可靠的性能、更便捷的操作特性将大大增强用户在无线网络中的体验，

同时将其插在支持 USB 接口的设备上，即插即用，轻松实现 2G/3G 通信功能。对于



8

厂商而言，可通过选配 MS2131 即可以使终端满足全球各类不同市场的需求，轻松规

避通信研发投入，且该数据卡单独认证。

3.3 功能概述

表3-1 产品特性

产品特性描述

工作频段 Working Bands: HSPA+/WCDMA 2100+1900+900+850MHz EDGE/GPRS/GSM 1800+1900+900+850 MHz

芯片平台 Hi6758

工作温度正常工作温度：–20°C～+55°C

存储温度 -40°C～+70°C

电源电压 4.75V～5.25 V（推荐值 5 V）

协议 WCDMA/HSPA/HSPA+ (R7)

AT 命令请参考《MS2131 终端对外交付 AT 命令文档》

应用接口标准 SIM 卡（兼容 3 V/1.8 V）

USB2.0 接口

天线接口提供内置 FPC 支架天线

提供 TS-5 型号外接天线接口

短消息业务短消息模式支持 TEXT

数据业务 WCDMA CS 域：UL 64kbps/DL 64kbps

WCDMA/HSPA+ PS 域： DL 21Mbps(64QAM)/UL 5.76Mbps HSDPA Category 14, GSM CS 域：9.6/14.4kbps GPRS: UL 85.6kbps/DL 85.6kbps EDGE: only DL 236.8kbps

物理特性尺寸：85 mm × 27 mm × 12.3mm

重量： ~22 g

认证信息 CE、FCC、GCF



9

3.4 产品电路框图如图 3-1 所示，主要有以下几个功能块：

基带处理器 BB、射频处理器 RTR NAND Flash 19.2 MHz 晶体谐振器射频电路天线 USB2.0 接口

图3-1 MS2131 原理框图



10

3.5 产品接口应用框图如图 3-2 所示，MS2131 应用接口包括以下几个：

USB 2.0 接口 SIM 卡（兼容 1.8 V/3.0 V） TS-5 型外接天线接口

图3-2 MS2131 应用框图

开关机

MS2131

应用接口

USB SIM TS-5

SIM 卡

外接天线

RF

硬件设计指导 MS2131 接口特性及设计要求


11

4 MS2131 接口特性及设计要求

4.1 本章概述本章主要介绍了 MS2131 使用的接口连接器的规格、使用要求，用户在设计主机的接

口电路时需要严格按照此部分要求设计。

4.2 MS2131 接口介绍

4.2.1 USB接口介绍及参考电路 MS2131 和主机通信采用的是 USB 接口，支持 USB2.0 协议。MS2131 上做了 USB信号的调整、匹配电路，主机侧需要对 USB 信号做阻抗匹配和保护，参考电路如图 4-1 所示。

表4-1 USB 接口定义表

管脚号信号名 I/O 描述

1 USB_D+ I/O USB 差分数据信号+

2 USB_D- I/O USB 差分数据信号-



12

图4-1 USB 接口参考电路图

USB 差分数据线串联阻抗需要视实际情况定。接口板的 USB 走线设计需要严格遵循

USB2.0 协议要求，差分走线，控制阻抗为 90 Ω。防静电器件管需要尽可能靠近 USB 接口，建议选用额定反向工作电压 Vrwm=5 V，结电容

Cj < 10 pF 以下的器件。

4.2.2 电源接口介绍

表4-2 电源接口管脚定义

信号名 I/O 描述直流特性（V）

最小值典型值最大值

GND P 电源地

VBUS P USB 供电电源 4.75 5 5.25

电源接口

MS2131 正常工作时需要通过 USB 接口来提供供电电源，供电电源电压输入范围为

4.75V～5.25 V（典型值 5 V）。MS2131 在正常使用时，需保证电源管脚得到连接良好，

否则某些性能会受影响。

当 MS2131 针对不同外部应用时，需重点关注供电电源方面的设计。由于实际网络环

境的差异，当 MS2131 以最大功率发射(如使用 GSM)可能会引起 USB 电压的跌落，

所以，应确保 HOST 在任何情况下，供电电源电压不能低于 3.5V，否则可能会引起

MS2131 模块重启等异常情况。

对于外部供电电源，推荐使用电流输出能力大于 2.0 A 的电源，并且在 HOST 的电源

端口处并联 300μF 以上的电容和一个 0.1μF 去耦电容。

MS2131 在 GSM 制式下工作时，峰值电流可以达到 2A，为了保证 MS2131 的正常工

作，需要在 USB 接口附近放置大容量电容（至少保障 300uF），以确保电压不会跌落

到 3.5V 以下。

主机侧如果采用电池供电，注意在电池电源到 MS2131 电源端有开关控制管或限流芯

片。如果是使用 DC/DC 或 LDO 供电，一定要考虑到瞬间通流能力的要求。



13

4.3 SIM卡接口介绍 MS2131 内部集成了标准 SIM 卡接口，支持自动检测 3.0 V 和 1.8 V SIM 卡，无需外

部进行设计。

硬件设计指导 MS2131 射频特性及设计要求


14

5 MS2131 射频特性及设计要求

5.1 本章概述本章通过对工作频率、无线性能指标等射频参数的介绍，使用户了解到 MS2131 基本

的射频特性。由于主机整机的设计对 MS2131 的无线性能影响很大，所以详细介绍了

对主机的布局、堆叠的设计要求；同时本章也介绍了天线测试环境，使用户了解

MS2131 的无线性能测试方法。

5.2 工作频率表 5-1 所示为 MS2131 支持的工作频段信息。

表5-1 MS2131 工作频段

工作频段 Tx Rx

UMTS Band I 1920 MHz~1980 MHz 2110 MHz~2170 MHz

UMTS Band II 1850 MHz~1910 MHz 1930 MHz~1990 MHz

UMTS Band V 824 MHz~849 MHz 869 MHz~894 MHz

UMTS Band VIII 880 MHz~915 MHz 925 MHz~960MHz

GSM1900 1850 MHz~1910 MHz 1930 MHz~1990 MHz

GSM1800 1710 MHz~1785 MHz 1805 MHz~1880 MHz

GSM 900 880 MHz~915 MHz 925 MHz~960 MHz

GSM 850 824 MHz~849 MHz 869 MHz~894 MHz



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5.3 无线性能指标

5.3.1 TIS(Total Isotropic Sensitivity) TIS 指标是用来判断 MS2131 整机接收性能的一个重要参数，表 5-2 所示为 MS2131的 TIS 要求

表5-2 MS2131 TIS 要求

频段 W2100 W1900 W900 W850 G1900 G1800 G900 G850

TIS 指标

（dBm） -103 -101.5 -100 -98.5 -98.5 -100 -100 -98.5

注：只有在最优布局且有完善的屏蔽措施的情况下，MS2131 才能达到设计指标，非最优布局下 TIS会因整机差异而有不同程度恶化，因此请参考天线设计要求和结构堆叠要求进行设计。

5.3.2 TRP(Total Radiated Power) TRP 是衡量 MS2131 发射性能的一个重要的指标。MS2131 在最优布局下设计指标如

表 5-3 所示。

表5-3 MS2131 TRP 指标要求

频段 W2100 W1900 W900 W850 G1900 G1800 G900 G850

TRP 指标

（dBm） 18 16.5 18 16.5 22.5 24 27 25.5

注：只有在最优布局下整机 TRP 才能达到设计目标，非最优布局下性能均会差于最优结果，具体则

因布局的不同而不同，因此为了发挥 MS2131 的最佳性能，请参考天线设计要求和结构堆叠要求进

行设计。

5.4 天线设计要求 MS2131 为完整的 3G 应用解决方案，其内部自带天线，用户无需进行天线设计。为

保证 MS2131 天线性能，布局要求说明如下：

1. USB Dongle 必须插接在具有一定尺寸空间的 PCB 地板上（如图 5-2 区域①），

一般建议该 PCB 尺寸 L*W ≥10cm*10cm，更大的 PCB 能使天线性能更优；

2. 若 PCB 的边长 L 和 W 相近（图 5-2 中区域①），建议采用图 5-2 所示布局（不

包含阴影区域②），USB Dongle 放置在 PCB 边缘的顶部或底部（图 5-2 中位置

③），不建议放置在 PCB 板边缘的中间位置（图 5-4 中位置⑧和⑨所示）；

3. 连接处的 USB 座子必须与 PCB 接地良好，以保证优良的天线性能，USB Dongle侧边建议不要布局 PCB，如果非得布设（即增加图 5-2 中增加区域②），至少应



16

保证 USB Dongle 侧边与 PCB 板之间的距离 Lmin≥5mm，此时天线性能恶化约

1dB；

4. 应该保证 Dongle 外部空间开放，除推荐布局，在 Dongle 周边不能有其他金属遮

挡物（如听筒、喇叭等），如果有，建议保持间距大于 2cm；

5. 如果配套设备上有其它天线，天线应该远离 USB Dongle，以尽量减少耦合；

6. 分集天线（图 5-2 位置④）在 Dongle 侧边的，应该尽量使分集天线净空开口朝

外（如图 5-2 中所示朝向），以保证分集天线良好性能；

7. 为减小配套设备对 USB Dongle 工作的影响，配套设备需要做好滤波或屏蔽措施。

8. 在 USB Dongle 上方，特别是主天线的上方（图 5-2 中位置⑤所示），强烈禁止

放置其他影响天线性能的器件，如果存在，天线性能至少下降 1.5dB。

9. 天线区域净空要求，参考堆叠示意图 5-3，天线区域的后壳、侧边、下方都不能有

金属器件;

以上为天线设计要求，如实际设计与上述条件不符，则整机无线性能会受影响，严重

的将导致 MS2131 无法入网，数据、语音、短信等业务无法正常使用；

图5-1 MS2131 天线区域说明

主天线

分集天线



17

图5-2 MS2131 配套外设推荐布局

图5-3 两种常见PCB 布局

对于 PCB 为长方形的终端设备（诸如 POS 机），综合考虑 USB Dongle 性能及整机空

间利用，推荐采用图 5-3 所示的嵌入式整机布局。

minL

minL

布局 1：USB Dongle 内嵌在 PCB长边

布局 2：USB Dongle 内嵌在

PCB 短边

⑥

⑦

1L

minL

① ②

③

④

⑤



18

图5-4 两种错误的整机布局

图 5-4 中给出了两种错误的整机布局，在这两种布局中，USB Dongle 内嵌在 PCB 长

边或短边的中间（图 5-4 中位置⑧和⑨），导致天线的全向性很差，并且由于天线外部

空间比较封闭，效率下降严重。

在做整机设计时，必须严格按照天线布局要求设计，同时结构堆叠也需要满足章节

6.3.2 的要求。如不符合此要求，会导致 MS2131 在整机上使用时 TRP、TIS 恶化，出现无法入网、掉网、电话无法呼入呼出等异常。

5.5 天线测试环境天线的效率、增益、方向图，以及 TRP、TIS 的测试都可在微波暗室进行（微波暗室

的测试环境如图 5-5 所示）。具体测试内容如下：

无源测试（Passive Tests）：

− 天线效率（Antenna Efficiency）

− 天线增益（Gain）

− 天线方向图（Pattern shape）

− 相关性系数（Envelope Correlation Coefficient）有源测试(Active Tests)：

− TRP：GSM、WCDMA 制式

− TIS：GSM、WCDMA 制式结构

minL

minL

布局 1: USB Dongle 内嵌在短边中间布局 2: USB Dongle 内嵌在长边中间

⑧ ⑨



19

图5-5 SATIMO 微波暗室测试系统示意图

− 配套专用测试平台测试：

按照图 5-2 的堆叠布局要求设计 MS2131 专用测试平台（如图 5-6 所示，测试便携机

为 Thinkpad T61），专用测试平台模拟整机布局以达到最大限度接近实际使用效果的

目的，MS2131 所有调试与测试均是在专用测试平台上进行的。

图5-6 专用测试平台

硬件设计指导 MS2131 结构特性及设计要求


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6 MS2131 结构特性及设计要求

6.1 本章概述本章主要描述 MS2131 的结构特性，包括整机外形尺寸、MS2131 配合主机结构设计

要求

SPCI 连接器外形尺寸和主机配合设计时的设计指导、要求等，需要用户在设计时注意

这些细节。

6.2 外形尺寸尺寸：84.9 mm x 27 mm x 12.3 mm（包括 USB 帽）

外形尺寸如图 6-1 所示。

重量：~30.0 g

图6-1 MS2131 外形尺寸图（单位：mm）



21

6.3 MS2131 配合主机结构设计要求

6.3.1 SPCI连接器外形尺寸 1. MS2131 连接器采用标准 USB2.0 连接器，尺寸信息如下。连接器定位的 PCB 厚度

推荐是 0.8mm，实际选择可以在 0.6mm~1.0mm 之间。

图6-2 MS2131 使用的USB 连接器

图6-3 USB 连接器详细尺寸



22

图6-4 MS2131 使用的连接器尺寸、包装（单位：mm）

6.3.2 MS2131 与整机堆叠要求 MS2131 与整机配合使用时，用户必须按照下面的规则完成设计，否则会影响 MS2131

的无线性能，严重时造成通信故障。具体规则如下:

MS2131 配合整机使用，其设计摆放位置，首先要符合 5.4 章节天线设计要求；

整机与 MS2131 通信的 USB 接口，D+/D-数字走线及 VBUS 走线必须走内层，且四

面包地处理；

整机与 MS2131 通信的 USB 接口，D+/D-信号线上建议预留 LC 并联谐振网络，用

于抑制 USB 谐波对低频 900MHz 的干扰；

整机与 MS2131 通信的 USB 接口两侧，建议预留漏铜区域，用于屏蔽接地；

整机电路板在设计时，如果有其他 USB 接口，SDIO，PCIE，MIPI，UART 等高速

数字接口时，接口通信电路必须屏蔽处理，建议距离 MS2131 各边至少 10mm 以

上；

整机电路板在设计时，如果存在 SIM 卡，SD 卡，Flash 等数字存储单元，布局

时必须屏蔽处理，建议距离 MS2131 各边至少 10mm 以上；

整机电路板在设计时，如果有类似 LCD，Touch，MIC，SPK+等通信 FPC 连接线，

FPC 建议做 EMI 处理，且 FPC 连线不能靠近 MS3131 放置；

整机电路在设计时，如果有 DCDC 电路，PMU 电源管理电路等快速切换电路，或

产生大电流的电流单元等，布局时必须屏蔽处理，建议距离 MS2131 各边至少



23

10mm 以上；

整机电路在设计时，如果有 TCXO，VCO 等时钟电路，必须屏蔽处理，建议距离

MS2131 各边至少 10mm 以上；

整机电路设计时，有其他基带信号处理电路或控制单元电路，建议屏蔽处理，

距离 MS2131 各边 10mm 以上；

整机电路在设计时，如果有其他射频通信单元，如 WIFI,BT,GPS,NFC 等电路必

须屏蔽处理；

整机上需要预留的数字接口测试点，不要靠近板边离 MS2131 侧边 5mm 以内的位

置放置；

除了以上列举到的因素可能会影响到 MS2131 性能外，其他类似可以产生强烈 EMI

的电路单元也都需要做屏蔽处理，且摆放位置需要远离 MS3121。

说明：

以上主要列举了通常会产线强烈干扰的信号类型及其处理方法，用户在设计时如果

无法满足，则可能会使 MS2131 的通信性能降低甚至无法使用。

硬件设计指导 MS2131 电源设计指导


24

7 MS2131 电源设计指导

7.1 本章概述本章主要介绍 MS2131 的在不同工作场景的功耗特性、供电要求、休眠唤醒时的功耗

数据等。当 MS2131 嵌入到主机内使用时，主机给 MS2131 的供电电路请参照 7.6 章

节的内容设计。

7.2 MS2131 电源供电 MS2131 正常工作时需要通过 USB2.0 接口来提供供电电源，供电电源电压输入范围

为 4.75V~5.25 V（典型值 5 V）。

7.3 MS2131 2G 模式下电源要求根据 MS2131 的工作制式，本节主要针对 MS2131 2G 工作状态下的电源特性进行阐

述。MS2131 的功耗与发射功率相关（发射功率即无线终端向基站发送功率，也称为

上行功率），发射功率越大，功耗要求越高。

GSM（Global System for Mobile Communications）是 TDMA（Time Division Multiple Access）接入方式，所以 MS2131 仅在由基站指定的时隙进行发射，其他时

间 MS2131 不对外发射功率。通常将 GSM 每个发射周期等分成 8 个时隙，每个时隙

为 577 µs，每 8 个时隙中会有一个时隙发射功率，这样计算 GSM 每个发射周期为

4.61 ms，发射时间为 577 µs。GSM 无线终端的这种发射模式称为“burst”。MS2131在指定时隙内发射时，发射功率依赖于接收信号强度，接收信号质量越好（即，基站

的信号越强），MS2131 发射功率越小，接收信号越差，MS2131 发射功率越大，最大

不超过 33 dBm（GSM900）。

GSM 工作原理如图 7-1 所示：



25

图7-1 GSM 工作原理

对于 GPRS（General Packet Radio Service），上行发射使用 2 个或 2 个以上连续时

隙，如图 7-2 所示：

图7-2 GPRS 工作原理

由于 GSM 这种 TDMA 的特性使得 MS2131 的功耗特性具有遵照发射周期，功耗突变

特点（即 GSM 发射时，功耗突然增大）。如图 7-3 所示：

577uS 577uS

577uS x 8 slot4.61ms 4.61ms 4.61ms

Power

Max 33dBm

577uS

577uS x 8 slot4.61ms 4.61ms 4.61ms

Power

1.15ms

Max 30dBm



26

图7-3 功耗突变示意图

从图 7-4 可以看到，在 GSM 的发射时隙，GSM 的功率放大器（PA）进行发射。如果

当前信号不好，GSM 的 PA 发射功率可能会达到 33 dBm。此时，MS2131 的供电电

流瞬时需达到 2 A 左右，由于瞬时峰值电流过大，因此会导致供电电压跌落。

所以造成 MS2131 供电电压跌落的原因主要有两个：

供电电源的瞬态响应不能满足在几微秒内输出达到 2A 左右。 MS2131 供电电源的内阻（也就是电源接口的输出阻抗）的存在导致在大电流时

上输出电压降低。

当发射时隙结束时，GSM PA（Power Amplifier）关闭，供电电流下降，供电电压恢

复正常值，直到 4.615 ms 后，下一个发射时隙来临，又会导致供电电压下降。

因此，对于 MS2131 而言，需要其供电电源具备瞬时响应能力强且内阻小的特点，以

便防止电压跌落；而考虑客户的成本因素及 MS2131 可在一定范围内的供电电压下工

作，则电源部分的最低要求是 MS2131 连接器端口保证电压跌落后的最小值不低于

3.5 V。

7.4 MS2131 3G模式下电源要求由于 3G 通信的主要工作原理是通过码字进行多址接入的，所以在 3G 网络中，发射功

率和时间没有相应的函数关系。

对于 3G 系统，其发射功率如图 7-5 所示：



27

图7-4 3G 网络发送示意图

7.5 MS2131 功耗特性对于 3G 网络中的无线设备终端来说，最大发射功率是 24 dBm 时，供电电源需要的瞬

间最大电流大约 2A 左右。因此要求输出能力平均电流至少为 800mA 的电源才能满足

这样的负载特性。MS2131 工作的状态和用户的使用场景，网络等条件相关，给出以

下场景下的功耗，仅供参考：

3G 下载 7.2M 功耗，射频功率 10db 发射功率： 5V 小于 250mA

3G 下载 2M 功耗，射频功率 22db 发射功率： 5V 小于 500mA

3G 不掉网待机：5V 小于 100mA

7.6 外围电源设计要求外围电源为 MS2131 供电，要求电源输出电流能力常态不小于 800mA（瞬态不小于

2A），所以在外围电源设计中要特别针对这些问题进行仔细设计。从而达到 GSM 时隙

发射时，供电电压的跌落在可以承受的范围之内。

针对上述协议机制中存在的跌落因素，外围电源设计中需关注如下三点：

减小外围电源内阻（包括到 MS2131 的电源走线）增加储能电容电源芯片动态响应

7.6.1 推荐的电源架构推荐使用 DCDC 输出+开关管供电+限流电路的方式，这样主机侧可以独立控制给

MS2131 的电源开关，在异常情况下关断对 MS2131 的供电。要求限流电路或者开关

管的直流阻抗小于 50mΩ，为避免此处内阻过大，建议预留兼容设计，兼容 0Ω的电

阻。

time

Power

Max 24dBm



28

图7-5 推荐电源架构

7.6.2 降额要求在供电上，需要对外部电源供电电压、电流保持足够的降额（推荐 85％降额）。如果

使用的是 DC/DC 变换器进行供电，或使用 LDO 进行供电，请注意保障元件的降额，

同时注意元件的瞬间通流能力。

7.6.3 外围供电设计基本规则 MS2131 外围供电电源电路的设计需要满足如下基本要求：

1. 电源通路走线尽量宽，满足 MS2131 GSM 大功率发射时候超过 2A 的大电流需求；

2. 在 USB 接口附近放置大容量电容（至少保障 300uF），以确保供电电压不会跌落

到 3.5 V 以下。储能电容尽量靠近 MS2131 放置，保障电容的放电效果最好。

3. 过压和防反接二极管需要接在外部电源供电的连接器端口，这样在异常条件下可

以有效地保护电源电路。

4. 如果主机使用 DC/DC 给 MS2131 供电，规格需要满足瞬间 2A 的电流需求。

5. 在 GSM 的工作状态下，USB 电源线会有比较明显的电压波动，在这个电源的底

下或旁边需要注意避免走敏感信号。

硬件设计指导 MS2131 PCB 设计指导


29

8 MS2131 PCB 设计指导

本章主要介绍了主机 PCB 互连设计的规则和注意事项，通过对以下规则的遵守，能够

保证用户在应用过程中，主机和 MS2131 的交互得到较好的性能保证，同时可以有效

的降低用户成本。

8.1 PCB 设计总体规则电源确保电源的完整性和通流能力，条件允许的情况下，最好能够采用平面的形

式。电源走线一定要保障 2A 的通流能力。 USB 差分信号两侧要注意包地，注意控制阻抗。这个信号是很敏感的，注意不要

和其他强干扰或敏感信号做到一起。

8.2 电源设计电源完整性设计对 MS2131 的性能是一个关键的因素，电源处理不好，将会带来

多方面的影响：影响 EMC 性能影响发射调制谱影响相位和接收灵敏度电源完整性设计总则：电源质量的保证：开关电源，尽量减少纹波；线性电源，注意尽量减少噪声干扰。电源的滤波电容，尽量靠近 SPCI 接口连接器对应的电源引脚，小电容更靠近管

脚，电容的组合要保障为 150 μF、4.7 μF、10 nF、100 pF、33 pF。

考虑 MS2131 的对电源的要求，尽量减少电源走线所分配的压降，保证 2A 通流能力.



30

8.3 布线规则

8.3.1 电源设计 MS2131 工作在不同制式下的电源消耗不同，当工作在 GSM 模式下时，最大的峰值电

流将会到达 2A 以上，为 MS2131 供电的电源走线，要保证足够的宽度，以满足电源

的通流能力，并尽可能的减少在电源走线上的压降，推荐至少采用 100 mil 的走线宽度

（完成铜厚为 1OZ），有条件，可以采用电源平面的方式来分布电源走线。

8.3.2 USB信号布线设计在用户设计的 PCB 上，USB 信号线必须控制 90 Ω阻抗。阻抗特性一般地讲决定于介

质系数，线宽，和距离地平面的位置。为了更好地体现规则设计，具体的 90 Ω阻抗的

微带线和带状线的完整结构以及层叠的参考设计如图 8-1、图 8-2 所示。

图8-1 微带线完整结构

图8-2 带状线完整结构

在阻抗控制的时候，可以采用上述两种方式中的一种来控制 90 欧的阻抗。

特别注意：

USB 信号一定要重点保护，走线做阻抗控制，两侧和相邻侧都要包地处理。

。



31

8.3.3 地的处理对于 USB 信号，要做好包地处理，做好干扰源和敏感源的隔离；各信号线，注意保证参考平面的连续性，避免出现跨分割的情况，保证信号线有

最短的回流路径。

硬件设计指导 MS2131 ESD 设计指导


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9 MS2131 ESD 设计指导

9.1 主机侧 PCB 设计推荐 1. 推荐使用 4 层板或 6 层板与 MS2131 进行接口,不推荐使用 2 层板。

2. 给 MS2131 的电源上采用大陶瓷旁路和去耦电容，并将这些电容靠近连接器,距离

保持在 30 mil 以内，PCB 走线线粗不能小于 20 mil。布置专门的电源和地平面，

或者紧密的电源和地栅格。同时采用 TVS 防护外部 EOS，建议选用峰值功率

（8/20 µs）大于 100 W 的器件。

3. 信号线的长度大于 300 mm（12 英寸）时，每一个信号线两边都要包地，地线每隔

100 mil 通过过孔连接到地平面上。

4. MS2131 和主机连接器进行搭接，需注意地搭接的可靠性。

5. 在接口处要增加 TVS 做防护，其中连接器公头 TVS 的寄生电容小于 1 pF（如

SEMTECH 的 RClamp0521P.TCT），电源上 TVS 的峰值功率（8/20 μs）大于

100 W。也可选用集成化器件（如 SEMTECH 的 RClamp0582N）。

9.2 主机侧外壳设计推荐 MS2131 本身是有做 ESD 保护的，高风险的 ESD 区域是：SIM 卡和连接器。

SIM 卡座是 ESD 的高风险区域，避免让用户能直接接触到 SIM 卡区域，要有对应的

结构件保护。

硬件设计指导 MS2131 电气和可靠性特性


33

10 MS2131 电气和可靠性特性

10.1 本章概述本章主要介绍 MS2131 接口的电气特性及可靠性特性，包括：

极限工作条件工作、存储环境电源特性可靠性特性 ESD 特性

10.2 极限工作条件

MS2131 的极限工作条件如表 10-1 所示，超过这些条件使用可能造成 MS2131 永久

性损坏。

表10-1 MS2131 极限应用条件表

符号参数最小值最大值单位

VBUS 外部供电电压 –0.3 5.25 V

10.3 工作、存储环境 MS2131 工作及存储温度范围如表 10-2 所示。



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表10-2 MS2131 工作及存储温度表

参数最小值最大值单位

正常工作温度 –20 55 °C

存储温度 –40 70 °C

湿度范围 5 95 %

10.4 电源特性

10.4.1 输入电源 MS2131 输入电源要求如表 10-3 所示。

表10-3 MS2131 输入电源要求

参数最小值典型值最大值纹波单位

VBUS 4.75 5 5.25 < 50mVpp (0 Hz to 2.5 GHz)

V

10.4.2 工作电流 MS2131 的工作电流如 11.1 所示，侧身条件:使用直流电源，供电电源输出典型值

5V 。

10.5 可靠性特性 MS2131 的可靠性测试条件及结果如表 10-4 所示。

表10-4 MS2131 机械可靠性测试条件及结果

测试项目测试情况测试参数

1 常温受控跌落测试 PASS 1.5m 6 个面、4 个棱各一次

2 载重测试 PASS 70kgf，2s，正反面

3 挤压测试 PASS 120N，侧键和操纵杆 50N

4 弯折测试 PASS 2kgf，保持 1min



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5 扭曲测试 PASS 0.5Nm，500 次

6 插拔/拆装耐久性测试 PASS 外接天线：3000 次；

7 工作振动 PASS

正弦振动 1) 频率范围：5~500Hz； 2) 加速度：2G； 3) 扫频速率：0.5oct/min； 4）测试时间：三轴向，每轴向 2h 随机振动 1) 频率范围：5—500Hz； 2) PSD：0,04g²/Hz； 3) 测试时间：三个轴向，每个轴向 1 个小时

8 工作冲击 PASS

1）冲击试验半正弦波，峰值加速度：300 m/s2 2）脉冲持续时间：11ms； 3）冲击次数：6 个方向，每个方向冲击 3 次，共 18次。

9 低温存储 PASS 低温-40℃，24 小时，试验后在常温下产品指标、功

能和机械性能全部正常。

10 高温存储 PASS 高温 70℃，24 小时。试验后在常温下产品指标、功

能和机械性能全部正常。

4 低温工作 PASS 在-20℃试验条件下，测试 24 小时，要求产品的各项

射频指标和电气性能正常（研发阶段）；

5 高温工作 PASS 在 55℃试验条件下，测试 24 小时，要求产品的各项

射频指标和电气性能正常（研发阶段）；

6 交变湿热 PASS

1H 内升到 95％，试验箱温度保持在 25℃。3H 内升

到 55℃，湿度保持在 95％不变。在 55℃，湿度在

95％，保持 9H。3H 内降到 25℃，湿度保持在 95％不试验箱温度在 25℃，湿度在 95％，保持 9H。以

上为一个循环，共进行 2 个循环，

温度冲击 PASS 采用两箱法，低温-40℃，高温 70℃，高低温各停留

1 小时，最大转换时间为 20 秒，24 个循环。

太阳辐射 PASS 1120W/㎡,20h,黑暗 4h,3 循环

盐雾试验 PASS 浓度 5%,整机 8h

7 高温高湿 PASS

a) 将样品通电，最大功率发射且能正常运行业务, b) 试验温度：55±1℃ c) 试验湿度：95±2%RH d) 测试时间：168 小时。 e) 检查时间点：48h，96h，144,168 f) 恢复温度及时间：在 25℃条件下，保持 2hrs



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8 温度循环 PASS

a) 将样品通电，最大功率发射且能正常运行业务, b) 温度变化范围:-10±1℃~55±1℃， c) 温变速率：10℃/min， d) 温度稳定时间：30min e) 测试循环数：120 个循环，1 个循环=30min 低温

&30min 高温 f) 检查时间点：38 循环，76 循环、120 循环 g) 恢复温度及时间：在 25℃条件下，保持 2hrs

20 辐射干扰（RE） PASS 频率范围：30MHz~6GHz 判定等级: CISPR22 Class B;

21 传导干扰（CE） PASS 频率范围：150KHz~30MHz 判定等级: CISPR22 Class B;

22 辐射杂散（RSE） PASS 频率范围：30MHz~12.75GHz

23 静电放电（ESD） PASS

干扰电压：空气放电 10KV；接触放电 6KV；判定等级: TT/TR；

24 辐射抗扰度（RS） PASS

频率范围：80MHz~2.7GHz；主频工作频段免测干扰场强：4V/m，AM 80%调制判定等级: CT/CR

MS2131 在使用时需要重点对 ESD（Electro-Static discharge 静电放电）问题进行防

护处理，为了确保 MS2131 与用户接口板之间工作参考地的充分搭接，建议用户接口

板上的结构定位孔做露铜处理时（与接口板主参考地相连），通过铜螺柱或其他低阻抗

金属紧固件结构上的连接，来实现 MS2131 与用户接口板之间工作参考地的良好导通。

硬件设计指导附录


37

11 附录

11.1 附录一 MS2131 不同场景下功耗数据

表11-1 MS2131 常见场景工作电流（5V）

Description Bands Current Units Notes/Configuration HSDPA/WCDMA UMTS

bands 50 mA Power up and idle(DRX cycle=8

(2.56 Sec) ) 230 mA Phone call(TX power = 10dBm) 230 mA DL Rate = 7.2Mbps(TX power =

10dBm) GSM/GPRS/EDGE GSM

bands 50 mA Power up and idle(MFRMS=5

(1.175 Sec) ) 140 mA Phone call(TX power = 10dBm)

表11-2 GPRS 极限场景工作电流

Bands Averaged Current

Peak Current

Units TX Power

TX slot

GPRS 850 230 1640 mA PCL = 5 1Up/1 Down GPRS 900 240 1540 mA PCL = 5 1Up/1 Down GPRS 1800 180 1000 mA PCL = 2 1Up/1 Down GPRS 1900 160 1050 mA PCL = 0 1Up/1 Down

表11-3 WCDMA 数据业务下各场景工作电流

Description Bands Current Units TX power( dBm ) WCDMA Band 200 mA 1



38

I(W2100) 230 10 400 22

Band 2(W1900)

200 mA 1 230 10

300 22

Band V(W850)

200 mA 1 240 10 350 22

Band VIII(W900)

200 mA 1 240 10 380 22

HSDPA Band I(W2100)

220 mA 1 250 10 410 22

Band 2(W2100)

220 mA 1 250 10

330 22

Band V(W850)

220 mA 1 250 10 380 22

Band VIII(W900)

220 mA 1 250 10 410 22

上表中数值是若干测试样品的平均值。

11.2 附录二MS2131 OTA 数据

表11-4 MS2131 TIS

Description Bands Channel Test Value Units WCDMA Band

I(W2100) 10562 -104 dBm 10700



39

10838 Band V(W850)

4357 -103 dBm 4408 4458

Band VIII(W900)

2937 -102 dBm 3012 3088

GSM GSM 850 128 -102 dBm 190 251

GSM 900 975 -102 dBm 37 124

GSM 1800 512 -103 dBm 698 885

GSM 1900 512 -103 dBm 661 810

以上典型值是若干测试样品的平均值，且 MS2131 在平板上布局如图 5-2 所示。样品测试中是配合底测试底板测试的，若平板没有完全按照章节 5.4 的要求设计，性能可能会较上表中数据恶化。

表11-5 MS2131 TRP

Description Bands Channel Test Value Units WCDMA Band

I(W2100) 9612 19 dBm 9750 9888

Band V(W850) 4132 19.5 dBm 4183 4233

Band 2712 19.5 dBm



40

VIII(W900) 2787 2863

GSM GSM 850 128 27.5 dBm 190 251

GSM 900 975 29 dBm 37 124

GSM 1800 512 24 dBm 698 885

GSM 1900 512 23.5 dBm 661 810

以上典型值是若干测试样品的平均值，且 MS2131 在平板上布局如图 5-2 所示。样品测试中是配合底测试底板测试的，若平板没有完全按照章节 5.4 的要求设计，性能可能会较上表中数据恶化。

硬件设计指导 Appendix 缩略语


41

12 Appendix 缩略语

Acronym or Abbreviation Expansion

CDMA Code Division Multiple Access

DL Down link

DTE Data Terminal Equipment

EDGE Enhanced Data Rate for GSM Evolution

EMI Electro Magnetic Interference

ESD Electro- Static discharge

GND Ground

GPIO General-purpose I/O

GPRS General Packet Radio Service

GPS Global Positioning System

GSM Global System of Mobile communication

HSDPA High Speed Downlink Packet Access

NC Not connected

PCM Pulse-code modulation

USB Universal Serial BUS

WCDMA Wideband CODE division multiple access

http://www.google.com.hk/url?q=http://en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System&sa=U&ei=Ji-sTYapOZC8vQPrnPj8CQ&ved=0CC4QFjAF&usg=AFQjCNFZoJTHzceqlgx8Nw0UnB-gK4FdBg

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