合宙Air700EAQ硬件設(shè)計(jì)手冊(cè)——應(yīng)用接口1

Air700EAQ是一款基于移芯EC716E平臺(tái)設(shè)計(jì)的LTE Cat 1無線通信模組。

支持亞洲FDD-LTE的4G遠(yuǎn)距離無線傳 輸技術(shù)。

以極小封裝，極高性價(jià)比，滿足IoT行業(yè)的數(shù)傳應(yīng)用需求。

例如共享應(yīng)用場(chǎng)景，定位器場(chǎng)景，DTU數(shù) 傳場(chǎng)景等。
本文將主要介紹合宙Air700ECQ的硬件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用接口部分。

一、主要性能

Air700EAQ模塊功能框圖：

?模塊型號(hào)列表：

模塊主要性能：

二、應(yīng)用接口

模塊采用LGA封裝，50個(gè)SMT焊盤管腳，

以下章節(jié)將詳細(xì)闡述Air700EAQ各接口的功能

2.1. 管腳描述

模數(shù)轉(zhuǎn)換 ADC 接口

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*注:

1. 二次開發(fā) GPIO 復(fù)用功能詳見對(duì)應(yīng)《_GPIO_table》

2.LDOAON 為芯片內(nèi)部部分 GPIO 供電電源，由此電源供電的 IO 口休眠狀態(tài)下能夠保持。

3.所有 GPIO 和 wakeuppad 都支持雙邊沿中斷； 可以復(fù)用為 wakeup 的 io，休眠以及喚醒狀態(tài)下都能使用； 其余 io 喚醒狀態(tài)下可用，休眠狀態(tài)下不能使用； wakeup io 可以喚醒休眠，其余 GPIO 都不可以。

4. EC716 使用 3.3V IO 方案，

必要說明： 芯片設(shè)計(jì)限制，原則上不可以用 3.3V IO，

如果使用 3.3V IO 或者外部接了 3.3V 的外設(shè)（包括但不限于 MCU,傳感器等等），可能會(huì)導(dǎo)致關(guān)機(jī)狀態(tài)下，VBAT 上電壓在 1.8V~3V 的不穩(wěn)定狀態(tài)，在需要開機(jī)的時(shí)候無法開機(jī)。

所以使用 3.3V IO 的前提是必須保證芯片在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，VBAT 電壓小于 1.8V，或者大于 3V。

使用 3.3V IO 情況 下，原理圖必須提供我司審核！?。。。?！

詳細(xì)說明參考鏈接：https://e3zt58hesn.feishu.cn/docx/Gs5Udj9H6ohtfoxqp0uceCunnfp

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2.2. 工作模式

下表簡(jiǎn)要的敘述了接下來幾章提到的各種工作模式。

注意：

當(dāng)模塊進(jìn)入休眠模式或深度休眠模式后，部分 GPIO 會(huì)處于掉電關(guān)閉狀態(tài)，掉電 IO 口均無法響應(yīng)中 斷，無法喚醒模塊退出休眠模式。

模塊進(jìn)入休眠狀態(tài)后只能通過以下管腳中斷喚醒退出休眠模式。

2.3. 電源供電

2.3.1. 模塊電源工作特性

在模塊應(yīng)用設(shè)計(jì)中，電源設(shè)計(jì)是很重要的一部分。由于LTE射頻工作時(shí)最大峰值電流高達(dá)1.5A，在最大發(fā) 射功率時(shí)會(huì)有約700mA的持續(xù)工作電流，電源必須能夠提供足夠的電流，不然有可能會(huì)引起供電電壓的跌落甚 至模塊直接掉電重啟。

2.3.2. 減小電壓跌落

模塊電源VBAT電壓輸入范圍為3.3V~4.3V，但是模塊在射頻發(fā)射時(shí)通常會(huì)在VBAT電源上產(chǎn)生電源電壓跌落 現(xiàn)象，這是由于電源或者走線路徑上的阻抗導(dǎo)致，一般難以避免。因此在設(shè)計(jì)上要特別注意模塊的電源設(shè)計(jì)， 在VBAT輸入端，建議并聯(lián)一個(gè)低ESR(ESR=0.7Ω)的100uF的鉭電容，以及100nF、33pF、10pF濾波電容，

VBAT輸 入端參考電路如下圖所示。

并且建議VBAT的PCB走線盡量短且足夠?qū)?，減小VBAT走線的等效阻抗，確保在最大 發(fā)射功率時(shí)大電流下不會(huì)產(chǎn)生太大的電壓跌落。建議VBAT走線寬度不少于1mm，并且走線越長(zhǎng)，線寬越寬。

3.3.3. 供電參考電路

電源設(shè)計(jì)對(duì)模塊的供電至關(guān)重要，必須選擇能夠提供至少1A電流能力的電源。若輸入電壓跟模塊的供電 電壓的壓差小于2V，建議選擇LDO作為供電電源。

若輸入輸出之間存在的壓差大于2V，則推薦使用開關(guān)電源轉(zhuǎn) 換器以提高電源轉(zhuǎn)換效率。

LDO供電： 下圖是5V供電的參考設(shè)計(jì)，采用了Micrel公司的LDO，型號(hào)為MIC29302WU。它的輸出電壓是4.16V，負(fù)載電流峰值到3A。為確保輸出電源的穩(wěn)定，建議在輸出端預(yù)留一個(gè)穩(wěn)壓管，并且靠近模塊VBAT管腳擺放。建議 選擇反向擊穿電壓為5.1V，耗散功率為1W以上的穩(wěn)壓管。

供電輸入?yún)⒖荚O(shè)計(jì)：

DC-DC 供電：

下圖是 DC-DC 開關(guān)電源的參考設(shè)計(jì)，采用的是杰華特公司的 JW5359M 開關(guān)電源芯片，它的最大輸出電流 是 2A，輸入電壓范圍 3.7V~18V。

注意 ：C25 的選型要根據(jù)輸入電壓來選擇合適的耐壓值。

DCDC 供電輸入?yún)⒖荚O(shè)計(jì)：

2.4. 開關(guān)機(jī)

2.4.1. 開機(jī)

在VBAT供電后，可以通過如下兩種方式來觸發(fā)Air700EAQ開機(jī)：

1. 按鍵開機(jī): PWRKEY管腳通過輕觸按鍵連接到地，按鍵按下1秒以上實(shí)現(xiàn)開機(jī)。

2. 上電開機(jī)：將PWRKEY管腳直接短接到地，VBAT上電后就可以實(shí)現(xiàn)開機(jī)。

2.4.1.1 PWRKEY 管腳開機(jī)

VBAT上電后，可以通過PWRKEY管腳啟動(dòng)模塊，把PWRKEY管腳拉低1秒以上之后模塊會(huì)進(jìn)入開機(jī)流程，軟 件會(huì)檢測(cè)VBAT管腳電壓，

若VBAT管腳電壓大于軟件設(shè)置的開機(jī)電壓（3.3V），會(huì)繼續(xù)開機(jī)動(dòng)作直至系統(tǒng)開機(jī) 完成；

否則，會(huì)停止執(zhí)行開機(jī)動(dòng)作，系統(tǒng)會(huì)關(guān)機(jī)，開機(jī)成功后PWRKEY管腳可以釋放。

可以通過檢測(cè) VDD_EXT 管腳的電平來判別模塊是否開機(jī)。

推薦使用開集驅(qū)動(dòng)電路來控制PWRKEY管腳。

下圖為參考電路：

另一種控制PWRKEY管腳的方法是直接使用一個(gè)按鈕開關(guān)。

按鈕附近需放置一個(gè)TVS管用以ESD保護(hù)。

下圖 為參考電路：

按鍵開機(jī)參考電路

2.4.1.2 上電開機(jī)

將模塊的 PWRKEY 直接接地可以實(shí)現(xiàn)上電自動(dòng)開機(jī)功能。

需要注意，在上電開機(jī)模式下，將無法關(guān)機(jī)， 只要 VBAT 管腳的電壓大于開機(jī)電壓即使軟件調(diào)用關(guān)機(jī)接口，模塊仍然會(huì)再開機(jī)起來。

另外，在此模式下，要 想成功開機(jī)起來 VBAT 管腳電壓仍然要大于軟件設(shè)定的開機(jī)電壓值（3.3V），如果不滿足，模塊會(huì)關(guān)閉，就會(huì) 出現(xiàn)反復(fù)開關(guān)機(jī)的情況。

對(duì)于用電池供電的應(yīng)用場(chǎng)景不建議用 PWRKEY 接地的上電自動(dòng)開機(jī)方式。

2.4.2. 關(guān)機(jī)

以下的方式可以關(guān)閉模塊：

• 正常關(guān)機(jī)：使用PWRKEY管腳關(guān)機(jī)
  
• 正常關(guān)機(jī)：通過AT指令A(yù)T+CPOWD關(guān)機(jī)
  
• 低壓自動(dòng)關(guān)機(jī)：模塊檢測(cè)到低電壓時(shí)關(guān)機(jī)，可以通過AT指令 AT+CBC 來設(shè)置低電壓的門限值；
  

2.4.2.1 PWRKEY 管腳關(guān)機(jī)

PWRKEY 管腳拉低 1.5s 以上時(shí)間，模塊會(huì)執(zhí)行關(guān)機(jī)動(dòng)作。

關(guān)機(jī)過程中，模塊需要注銷網(wǎng)絡(luò)，注銷時(shí)間與當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)有關(guān)，經(jīng)測(cè)定用時(shí)約2s~12s，

因此建議延長(zhǎng) 12s后再進(jìn)行斷電或重啟，以確保在完全斷電之前讓軟件保存好重要數(shù)據(jù)。

時(shí)序圖如下 ：

2.4.2.2 低電壓自動(dòng)關(guān)機(jī)

模塊在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)當(dāng) VBAT 管腳電壓低于軟件設(shè)定的關(guān)機(jī)電壓時(shí)（默認(rèn)設(shè)置 3.3V），軟件會(huì)執(zhí)行關(guān)機(jī)動(dòng)作 關(guān)閉模塊，以防低電壓狀態(tài)下運(yùn)行出現(xiàn)各種異常。

2.4.3 復(fù)位

RESET_N 引腳可用于使模塊復(fù)位。

拉低 RESET_N 引腳 100ms 以上可使模塊復(fù)位。 RESET_N 信號(hào)對(duì)干 擾比較敏感， 因此建議在模塊接口板上的走線應(yīng)盡量的短，且需包地處理。

參考電路：

注意： 1. 復(fù)位功能建議僅在 AT+CPOWD 和 PWRKEY關(guān)機(jī)失敗后使用。

2.5. 串口

模塊提供了三個(gè)通用異步收發(fā)器：主串口 MAIN_UART、AUX_UART、DBG_UART

2.5.1. MAIN_UART

MAIN_UART 管腳定義：

主串口 MAIN_UART 用來進(jìn)行 AT 指令通訊。

MAIN_UART 支持固定波特率, 不支持自適應(yīng)波特率 MAIN_UART 在休眠狀態(tài)下保持的功能，

能夠喚醒模塊 MAIN_UART 的特點(diǎn)如下：

• 8個(gè)數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗(yàn)，一個(gè)停止位。
  
• 用以AT命令傳送，數(shù)傳等。
  
• 支持波特率如下：600,1200,2400,4800,14400,9600,19200,38400,57600,115200,230400,460800,921600bps
  

注意： MAIN_UART 在開機(jī)過程中短時(shí)會(huì)輸出固定調(diào)試信息

2.5.2. AUX_UART

AUX_UART 管腳定義：

AUX_UART為輔助串口，不支持AT指令交互，用于某些外設(shè)通信，如對(duì)接GNSS定位模塊等。

AUX_UART休眠后會(huì)關(guān)閉，無法通過給AUX_UART發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行喚醒。

2.5.3. DBG_UART

DBG_UART 管腳定義：

注意：

DBG_UART 用來軟件調(diào)試時(shí)輸出 AP trace，建議預(yù)留測(cè)試點(diǎn)。

DBG_UART 在開機(jī)過程中短時(shí)會(huì)輸出固定調(diào)試信息。

DBG_TX、DBG_RX 默認(rèn)功能為系統(tǒng)底層日志口，進(jìn)行模塊硬件設(shè)計(jì)時(shí)，在剩余功能引腳充足的前提 下，避免使用 DBG_TX 和 DBG_RX。

如果將此引腳復(fù)用為其他功能，則無法從 DBG_TX 和 DBG_RX 抓取系統(tǒng)日志。

在某些場(chǎng)景下，如果模塊出現(xiàn)異常，無法抓到問題日志，只能通過硬件改版，引出 DBG_TX、 DBG_RX，抓取日志再進(jìn)行分析。

包括但不限于以下兩種場(chǎng)景：

1、低功耗場(chǎng)景：

在低功耗場(chǎng)景下，USB 無法使用，只能通過 DBG_TX、DBG_RX 來抓取日志。

2、非低功耗場(chǎng)景：

模塊接入 USB 時(shí)，工作正常，未接入 USB 時(shí)，工作異常的情況，只能通過 DBG_TX、DBG_RX 來抓取 日志。

3.5.4. 串口連接方式

串口的連接方式較為靈活，如下是三種常用的連接方式。

三線制的串口請(qǐng)參考如下的連接方式：

3.5.5. 串口電壓轉(zhuǎn)換

Air700EAQ 模塊的串口電平為 1.8V，能夠滿足大部分外設(shè)，主控的串口直接需求，

但是如果要和 5V 或者以上的 MCU 或其他串口外設(shè)通信，那就必須要加電平轉(zhuǎn)換電路.

電平轉(zhuǎn)換參考電路如下：

注意：

• 如果低功耗需求上拉不能用vdd-ext，要用agpio或者外部ldo做上拉
  
• 此電平轉(zhuǎn)換電路不適用波特率高于460800 bps的應(yīng)用。
  
• D2 必須選用低導(dǎo)通壓降的肖特基二極管。
  

肖特基二極管以及 NPN 三極管的推薦型號(hào)如下：

對(duì)于波特率高于 460800bps 的應(yīng)用，可以通過外加電平轉(zhuǎn)換芯片來實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。

參考電路如下：

此電路采用的是電平轉(zhuǎn)換芯片是 TI 的 TXS0108E， 8 位雙向電壓電平轉(zhuǎn)換器，

適用于漏極開路和推挽 應(yīng)用，

最大支持速率：

推挽：110Mbps

開漏：1.2Mbps

?由于篇幅原因，本文咱介紹至串口部分，其余USB接口，SIM卡接口，功能管腳。射頻接口，電氣特性，結(jié)構(gòu)規(guī)格等內(nèi)容，將在下文介紹。

未完待續(xù)。。。

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