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KINEIS IoT Satellitaire – Module KIM1

GC PX1100T

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.

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

Le 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 est prévue opérationnelle dès 2022.

Ce système reste 100% compatible avec toutes les plates-formes Argos existantes.

Argos

Cette constellation aura d’abord pour mission de compléter le système Argos existant, connu pour ses balises de géo-positionnement.

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

La technologie de Kinéis permet ainsi 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

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.

Chipset

Kineis Chipset

Le chipset Kinéis est une puce radiofréquence qui fournit une connectivité satellite.

Avantages

  • Miniature (7mm x 7mm),
  • Faible consommation d’énergie,
  • Intégration simplifiée,
  • Prix ultra compétitif,
  • Complémentaire à de nombreux systèmes existants.

Grâce au module KIM1, il est facile de collecter des données via les capteurs IoT auxquels il est connecté.

Module KIM 1

Le module KIM1 est conçu en boîtier SMT. Il 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 utiles 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.

Module Kim1

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.

SpécificationDescription
RF Tx PowerOptimized for 1WAdjustable at 250mW, 500mW, 750mW or 1W
Frequency Range*399,910 – 401,680 MHz
Modulation±1.1rad PSK (ARGOS-2 compliant)
Over-the-Air data rate400 bit/s
Power Supply5V
Communication Interface3.3V UART
DC, Digital & RF ConnectionsBoard edge connection
PackageSurface-mount module
Operating temperature-20°C to +55°C
Storage temperature-40°C to +90°C
Humidity10% – 90% non-condensing
Size31.2 x 21 x 3.5 mm3
CertificationKinéis & 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 Transition

Lorsque 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

SymbolDescriptionConditionMinMaxUnit
VDDSupply voltage-0.35.5V
IDD*Supply currentVDD=5V750mA
Ptot*Total power consumptionVDD=5V3.75W
VIOI/O voltage-0.35.5V
VesElectrostatic handlingHBM**-10001000V
TopOperating temperature-20+55°C
TstgStorage 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

SymbolDescriptionMinTypMaxUnit
VDD*Supply voltage4.555.5V
IDDSupply current200550mA
V UARTUART voltage3.33.6V
VIOOther I/O voltage3.33.6V
TopOperating Temperature-20+20+55°C

Radiofréquences

SymbolMinTypMaxUnit
TX frequency399,910401,680MHz
TX power0.251W
TX data rate396400404bits/s

Logique

SymbolDescriptionConditionMinTypMaxUnit
VILInput voltage, lowVIO =3.3V0.8V
VIHInput voltage, highVIO =3.3V2V
VIL_OInput voltage Low state for ON/OFF pin (5)VDD=5V0.8V
VIH_OInput voltage High state for ON/OFF pin (5)VDD=5V2V
VIBPCInput voltage range, for DEBUG and UART3.33.6V
IIInput leakage current-1010µA
RPUProgrammable Pull−Up Resistance65kΩ

Sorties digitales

SymbolDescriptionConditionMinTypMaxUnit
IOHOutput current, highVOL=2.4V8mA
IOLOutput current, lowVIL=0.4V28mA
IOZTri-State output leakage currentVDD_IO =5V0.8V

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

ModeDuration (ms)Current consumption (mA)
MinTypMaxMinTypMax
Offdepends on operation9e-6
Standbydepends on operation3.33.5*7
Runningnegligible7
Transmission49816584see 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 concentre la plus grande partie de la consommation de courant du KIM1, et dépend de la longueur du message transmis et de la puissance de transmission configurée.

Après avoir reçu une commande AT de transmission, le KIM1 commence à chauffer le 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 :

StatusDuration (ms)Current consumption (mA)
MinTypMaxMinTypMax
TCXO warmup45005000550066.57
VPA_ON90100110101111
Tx status364044104114
Transmission355*930see 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)
MinTypMaxMinMax
250232425200270
500262728250340
75027.828.829.8380440
1000293031450550
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 donne les numéros des broches et le statut du module KIM1.

PinNameTypeDescriptionComment
1VDDPowerPositive supply voltage5V typical
2VDDPowerPositive supply voltage5V typical
3GNDPowerGroundMust be connected to ground
4GNDPowerGroundMust be connected to ground
5ON/OFFInputControl of internal regulator, activate RF & digital processorModule ON: High Module OFF: Low
6GNDPowerGroundMust be connected to ground
7PGOOD_3.3VOutputInternal 3.3V supply presence indicatorDigital and RF processor supplied. Optional LED with 1KΩ resistor can be added as indicator
8GNDPowerGroundMust be connected to ground
9RESERVEDInput/OutputDo not connect
10GNDPowerGroundMust be connected to ground
11TX_STATUSOutputTransmission statusTransmission in progress: High Driving LED possible
12GNDPowerGroundMust be connected to ground
13GNDPowerGroundMust be connected to ground
14GNDPowerGroundMust be connected to ground
15GNDPowerGroundMust be connected to ground
16GNDPowerGroundMust be connected to ground
17GNDPowerGroundMust 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 brochesKIM1 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 Pcb Footprint

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 1

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