定制 WisBlock IO 電路板

盡管RAKwireless提供了廣泛的WisBlock IO模塊選擇，但可能還是未找到所需的那一款。在這個簡小的教程中，將介紹如何制作自己的WisBlock IO擴展模塊。

#請先閱讀

• WisBlock產品中使用的板對板連接器可以從RAKwireless商店中購買。連接器有兩個供應商：松下(Panasonic)和特思嘉(TXGA)。Base板（RAK5005-O）上是母/插座型，模塊上是公/插頭型。
  • Panasonic 連接器數據手冊
  • TXGA 連接器母型數據手冊
  • TXGA 連接器公型數據手冊

• 零件庫中提供了除Eagle以外的用于其他PCB設計工具的原理圖和PCB零件庫。
• 仔細閱讀RAK5005-O WisBlock Base的數據手冊，了解連接到4個傳感器插槽的信號。
• 仔細閱讀其中一個現有的WisBlock IO模塊的數據手冊，了解信號的應用。如RAK1920 IO 擴展。

#模板方案

為了簡化任務，我們?yōu)锳utodesk Eagle?準備了一個完整的示例項目，可在此處下載。該項目具備啟動定制WisBlock IO模塊所需要的一切。包含用在WisBlock IO模塊上的板對板連接器和預定義的PCB模型，將原始WisBlock IO模塊與孔匹配，以便將模塊固定到WisBlock Base。

#模板原理圖

模板原理圖非常簡單。僅包含連接器和引腳分配的解釋。連接器的所有38個引腳都分配給信號。2個引腳未使用。

Figure 1: 示例原理圖

#關于引腳分配的重要信息

以下事項需要了解：

• VDD是MCU GPIO電壓，對于RAK4631此值為3.3V。只要WisBlock是通過電池或者USB供電，就可使用。
• 3V3是一個3.3V電源，只要WisBlock是通過電池或者USB供電，就可使用。
• 3V3_S是一個3.3V電源，可由WisBlock Core模塊控制。
• VBUS是來自USB連接器的5 V電壓。此電源僅當WisBlock通過USB供電時才可用。
• USB+和USB-是來自WisBlock Core模塊的USB連接器。這些信號可能不適用于所有WisBlock Core模塊。
• I2C2_SDA和I2C2_SCL并非在所有WisBlock Core模塊上都可用。
• TXD1和RXD1并非在所有WisBlock Core模塊上都可用。

如果IO模塊僅消耗少量uA的電流，可以選擇VDD或3V3為IO模塊的電子器件供電。但是，如果模塊消耗較高的電流，強烈建議使用3V3_S作為電源。這樣，可通過軟件優(yōu)化WisBlock應用的功耗。

引腳序號	引腳名稱	描述
1	VBAT	電池電源
2	VBAT	電池電源
3	GND	接地
4	GND	接地
5	3V3	3.3V 電源
6	3V3_S	3.3V 電源，由CPU模塊控制
7	USB+	USB D+
8	USB-	USB D-
9	VBUS	用于USB的5V輸入
10	SW1	開關連接器
11	TX0	MCU UART0 TX 信號
12	RXD0	MCU UART0 RX 信號
13	RESET	復位開關，用于MCU復位
14	LED1	電池充電指示LED
15	LED2	用于定制的LED
16	LED3	用于定制的LED
17	VDD	GPIO電壓和MCU模塊
18	VDD	GPIO電壓和MCU模塊
19	I2C1_SDA	#1 I2C 數據信號
20	I2C1_SCL	#2 I2C 時鐘信號
21	AIN0	用于ADC的模擬輸入
22	AIN1	用于ADC的模擬輸入
23	NC	無連接
24	NC	無連接
25	SPI_CS	SPI 片選信號
26	SPI_CLK	SPI 時鐘
27	SPI_MISO	SPI MISO 信號
28	SPI_MOSI	SPI MOSI 信號
29	IO1	通用 IO
30	IO2	用于3V3_S啟用
31	IO3	通用 IO
32	IO4	通用 IO
33	TXD1	MCU UART1 TX 信號
34	RXD1	MCU UART1 RX 信號
35	I2C2_SDA	#2 I2C 數字信號
36	I2C2_SCL	#2 I2C 時鐘信號
37	IO5	通用 IO
38	IO6	通用 IO

#模板 PCB

模板PCB與標準WisBlock傳感器模塊的尺寸相匹配。請勿移動連接器（底部組件）或者WisBlock Base上固定模塊的安裝孔。

Figure 2: 模板 PCB

正如您所看到的，Autodesk Eagle?在較大安裝整體周邊會上報很多DRC尺寸錯誤。安裝孔及其銅?。ㄟB接到GND信號）必須機械地位于PCB邊緣。Autodesk Eagle? 僅允許一條與PCB邊緣距離有關的設計規(guī)則，因此存在DRC檢查錯誤。

如果定制的IO模塊不需要整個寬度（35 mm），可以減少寬度并跳過右側兩個較大的固定孔。但是需要確保寬度至少覆蓋左側的3個較小固定孔。

#關于PCB設計的重要信息

• 如上所說，請勿將連接器和安裝孔移動到其他位置。如果移動它們，自制的WisBlock IO將無法插入到WisBlock Base模塊。
• 由于板對板連接器的位置靠近PCB邊緣，可能必須更改設計規(guī)格，使用4mil連接，銅印與0.2mm通孔直徑之間的距離4mil。這將取決于您的設計是否適用于默認的Autodesk Eagle?設計規(guī)則，但大多數情況下，連接到連接器焊盤的電線將無法布線。
• 建議在頂層和底層安裝GND平面。
• 不要將組件放置在底層，因為傳感器模塊和Base板之間的空間僅為1~2 mm。

#IO 擴展示例

本示例選擇的是非常常見的芯片， PCF8574 GPIO 擴展芯片。此芯片通過I2C控制，可將GPIO總數擴展為8個雙向GPIO。

#IO 擴展示例原理

以下為IO 擴展原理圖。

Figure 3: IO 原理圖

首先要檢查的是，我們刪除了板對板連接器上的大多數連接。

Figure 4: 調整連接網

僅留下所需的連接網。

對于IO擴展芯片，我們僅需要電源網絡、I2C網絡和1條IRQ線。有關IO擴展的設計可從PCF8574 GPIO 擴展數據手冊中獲取。

#IO 擴展示例 PCB

可以在一塊兩層電路板上完成整個設計。連接很簡單，可使用 Autodesk Eagle?自動布線功能完成。

正如看到的那樣，建議將GND平面安裝在頂部和底部。此外，安裝孔周圍的開放銅區(qū)域是可見，此銅區(qū)域連接到GND信號。

#IO 擴展頂層

Figure 5: RTC示例頂層

#IO 擴展底層

Figure 6: RTC示例底層

IO擴展示例PCB的Eagle文件可在此處下載。

#結論

正如所看到的那樣，設計一款定制的WisBlock IO模塊并不困難。只需要遵循PCB設計的幾個設計規(guī)則：

• 請勿移動模板PCB所給定的板對板連接器位置。
• 請勿移動模板PCB所給定的安裝孔位置。
• 為傳感器選擇正確的電源：
  • 如果電流消耗非常低，選擇VDD或3V3
  • 如果需要控制WisBlock傳感器模塊的電源，選擇3V3_S
• 不要將組件放置在底層。傳感器模塊和Base板之間的空間僅1~2 mm

希望此教程能夠對您有所幫助。如果您已成功設計出自己的WisBlock IO模塊，歡迎在我們的論壇 WisBlock部分分享細節(jié)。感謝您閱讀本教程并通過使用我們的WisBlock產品支持RAKwireless。

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