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一、緒論

Air724UG是一款基于紫光展銳UIS8910DM平臺(tái)設(shè)計(jì)的LTE Cat 1無線通信模組。支持FDD-LTE/TDD-LTE的4G遠(yuǎn)距離通訊和Bluetooth近距離無線傳輸技術(shù)，支持 WiFi Scan 和 WiFi 定位，支持VoLTE、Audio、Camera、LCD、Keypad等功能。另外，模組提供了USB/UART/SPI/I2C/SDIO等通用接口滿足IoT行業(yè)的各種應(yīng)用訴求。

Air724UG 支持Luat二次開發(fā)。下圖為Air724UG模塊功能框圖：

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二、綜述

2.1 型號(hào)信息

表格 1：模塊型號(hào)列表

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2.2 主要性能

表格 2：模塊主要性能

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三、應(yīng)用接口

模塊采用LCC封裝，117個(gè)SMT焊盤管腳，以下章節(jié)將詳細(xì)闡述Air724UG各接口的功能

3.1 管腳描述

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3.2 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。

表格 5：工作模式

具體的功耗數(shù)據(jù)請(qǐng)查詢 5.4 功耗 章節(jié)。

3.3 電源供電

3.3.1 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。

3.3.2 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 端參考電路如圖4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，線寬越寬。

圖表 3：VBAT 輸入?yún)⒖茧娐?/p>

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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。

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圖表 4：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 JW5033S 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。

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圖表 6：DCDC 供電輸入?yún)⒖荚O(shè)計(jì)

由于DC-DC 芯片對(duì)布局和走線有要求，為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，也可以采用合宙推出的JW5033S 電源模塊：

Air5033S 來給 4G 模塊供電，只需要外加兩顆濾波電容即可，參考電路如下：

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圖表 6：Air5033S 供電輸入?yún)⒖荚O(shè)計(jì)

3.4 開關(guān)機(jī)

3.4.1 開機(jī)

在VBAT供電后，可以通過如下三種方式來觸發(fā)Air724UG開機(jī)

1. 把 PWRKEY 拉低1.2秒以上
2. 給 VBUS 管腳供電，來觸發(fā)充電開機(jī)（AT固件不支持）
3. RTC 定時(shí)開機(jī)（AT固件不支持）

3.4.1.1 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1.2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（3.1V），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?？梢酝ㄟ^檢測(cè) V_GLOBAL_1V8 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：

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圖表 5：開集驅(qū)動(dòng)參考開機(jī)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：

圖表 6：按鍵開機(jī)參考電路

按鍵開機(jī)時(shí)序圖：

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3.4.1.2 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（3.1V），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)于用鋰電池或其他可充電電池供電的應(yīng)用場(chǎng)景，推薦優(yōu)先采用按鍵開機(jī)的方式。

如果要上電開機(jī)，除了要把 PWRKEY 拉低以外，還必須把 VBUS 管腳接到充電器上來觸發(fā)充電開機(jī)，或者在 VBUS 和 VBAT 之間加一個(gè)肖特基二極管來觸發(fā)充電開機(jī)，否則在鋰電池過放導(dǎo)致模塊低電壓關(guān)機(jī)后，在給鋰電池重新充電時(shí)因?yàn)殡妷哼€不穩(wěn)，而模塊只會(huì)檢測(cè)到一次 PWRKEY 拉低的中斷，會(huì)導(dǎo)致概率性無法開機(jī)。

增加這顆肖特基二極管后會(huì)增加約 0.6mA 的待機(jī)電流。

參考電路如下：

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3.4.2 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；

3.4.2.1 ****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)。

3.4.2.2 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 3.1V），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。

3.4.3 復(fù)位

RESET_IN_N 引腳可用于使模塊復(fù)位。拉低 RESET_IN_N 引腳 100ms 以上可使模塊復(fù)位。RESET_IN_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：

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備注：

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

3.5 串口

模塊提供了五個(gè)通用異步收發(fā)器：主串口 UART1、校準(zhǔn)串口 UART2、通用串口 UART3、調(diào)試串口 HOST UART

和 ZSP UART。

3.5.1 UART1

表格 6：UART1 管腳定義

對(duì)于 Luat 開發(fā)方式，UART1 可以用作一個(gè)通用的串口來連接其他的串口設(shè)備。

對(duì)于AT 開發(fā)方式，UART1 用來進(jìn)行 AT 指令通訊。UART1 支持固定波特率和自適應(yīng)波特率。自適應(yīng)波特率支持范圍 9600bps 到 115200bps。

在默認(rèn)情況下，模塊的硬件流控是關(guān)閉的。當(dāng)客戶需要硬件流控時(shí)，管腳 RTS,CTS 必須連接到客戶端，AT 命令 “AT+IFC=2,2” 可以用來打開硬件流控。AT 命令 “AT+IFC=0,0” 可以用來關(guān)閉流控。具體請(qǐng)參考《AirM2M 無線模塊 AT 命令手冊(cè)》。

UART1 的特點(diǎn)如下：

• 包括數(shù)據(jù)線TXD和RXD，硬件流控控制線RTS和CTS。
• 8個(gè)數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗(yàn)，一個(gè)停止位。
• 硬件流控默認(rèn)關(guān)閉。
• 用以AT命令傳送，數(shù)傳等。
• 支持波特率如下：1200,2400,4800,9600,14400,19200,28800,38400,57600,115200,230400,460800,921600bps
• AT指令版本默認(rèn)情況下模塊是自適應(yīng)波特率(AT+IPR=0)，在自適應(yīng)波特率模式下，開機(jī)后初始化信息（開頭是“RDY”）不會(huì)回發(fā)給主控機(jī)。在模塊開機(jī)2-3秒后，可以給模塊發(fā)送AT命令。主控機(jī)需首先發(fā)送“AT”字符給模塊來訓(xùn)練主控機(jī)的波特率，此時(shí)模塊會(huì)上報(bào)初始化信息，表明訓(xùn)練成功。用戶可以發(fā)送一個(gè)“AT+IPR=x :&W”命令給模塊（x是波特率，比如9600），此命令的作用是設(shè)置一個(gè)固定的波特率并保存，在完成這些配置之后，每次模塊開機(jī)以后，會(huì)自動(dòng)串口返回URC初始化信息（開頭是“RDY”）。

為了更好的使用自適應(yīng)波特率功能，以下的使用條件需要注意：

模塊和上位機(jī)之間同步：

自適應(yīng)波特率功能開啟情況下，當(dāng)模塊上電，在發(fā)送“AT”字符前最好等待 2~3 秒鐘。當(dāng)模塊上報(bào)開機(jī)初始化信息，表明波特率訓(xùn)練成功，和上位機(jī)完成了同步。

在自適應(yīng)波特率模式下，主控器如果需要開機(jī)信息，必須首先進(jìn)行同步。否則開機(jī)初始化信息將不會(huì)上報(bào)。

自適應(yīng)波特率操作配置：

• 串口配置為8位數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗(yàn)位，1位停止位（出廠配置）
• 模塊開機(jī)時(shí)只有字符串“AT”可以訓(xùn)練波特率。（“at”、“At”或者“aT”無法被識(shí)別）
• 波特率訓(xùn)練成功后，可以識(shí)別大寫、小寫或大小寫組合的AT命令。
• 不推薦在固定波特率模式時(shí)切換到自適應(yīng)波特率模式。
• 在自適應(yīng)波特率模式下，不推薦切換到軟件多路復(fù)用模式。

3.5.2 UART2

表格 7：UART2 管腳定義

UART2 可以用來射頻校準(zhǔn)，同時(shí)UART2 還用來和內(nèi)部的藍(lán)牙進(jìn)行通訊，如果用到了藍(lán)牙功能，則UART2 不可再用作其他用途。

注意：UART2 在開機(jī)后會(huì)自動(dòng)打印一段log，波特率921600，這段log不能通過修改軟件來關(guān)閉，推薦優(yōu)先使用

UART1 和 UART3

UART2打印的Log如下：

RDA8910m Boot_ROM V1.0-17b887ec HW_CFG: 36

SW_CFG: 0

SE_CFG: 0

check flash img

load complete! checking......

Security Disabled Check uImage Done Run ...

3.5.3 UART3

可以用作外接GPS等外設(shè)。

3.5.4 ****HOSTUART

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

3.5.5 ****ZSPUART

ZSP UART 用來軟件調(diào)試時(shí)輸出 CP trace

3.5.6 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：

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帶流控的串口連接請(qǐng)參考如下電路連接，此連接方式可提高大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)目煽啃?，防止?shù)據(jù)丟失。

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3.5.7 串口電壓轉(zhuǎn)換

Air724UG 模塊的串口電平都是 1.8V 的，如果要和 3.3V/5V 的MCU 或其他串口外設(shè)通信，必須要加電平轉(zhuǎn)換電路：

電平轉(zhuǎn)換參考電路如下：

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注意此電平轉(zhuǎn)換電路不適用波特率高于 460800 bps 的應(yīng)用；

圖中 V_GLOBAL_1V8 是模塊輸出的 I/O 參考電壓。VDD_MCU 是客戶端的 I/O 參考電壓。

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：

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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

3.6 USB****接口

Air724UG 的USB 符合USB2.0 規(guī)范，支持高速（480Mbps）、全速（12Mbps）模式和低速（1.2Mbps） 模式。USB 接口可用于AT 命令傳送，數(shù)據(jù)傳輸，軟件調(diào)試和軟件升級(jí)。

表格 8：USB 管腳定義

USB接口參考設(shè)計(jì)電路如下：

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圖表 9：USB 接口參考設(shè)計(jì)

1. USB 走線需要嚴(yán)格按照差分線控制，做到平行和等長；
2. USB 走線的阻抗需要控制到差分 90 歐姆；
3. 需要盡可能的減少USB 走線的stubs，減少信號(hào)反射；USB 信號(hào)的測(cè)試點(diǎn)最好直接放在走線上以減少stub；
4. 盡可能的減少USB 走線的過孔數(shù)量；
5. 在靠近USB 連接器或者測(cè)試點(diǎn)的地方添加 TVS 保護(hù)管，由于USB 的速率較高，需要注意TVS 管的選型，保證選用的TVS 保護(hù)管的寄生電容小于 1pF
6. VBUS 作為USB 插入檢測(cè)，必須連接USB 電源或者外接電源，否則USB 無法被檢測(cè)到，VBUS 的檢測(cè)電壓要大于 3.3V

3.7 USB下載模式****

Air724UG 模塊有兩種方式可以進(jìn)入 USB 下載模式：

1. 在開機(jī)之前，把USB_BOOT/KEYIN0 上拉到 V_GLOBAL_1V8
2. 在開機(jī)之前，把USB_BOOT/KEYIN0 和 KEYOUT0 短接在一起

建議給USB_BOOT/KEYIN0 和 V_GLOBAL_1V8 預(yù)留測(cè)試點(diǎn)，方便下載調(diào)試使用。

在帶有矩陣掃描鍵盤的應(yīng)用中，建議把USB_BOOT/KEYIN0 和 KEYOUT0 組成的按鍵接出來，以方便進(jìn)行整機(jī)燒錄的操作。

模塊進(jìn)入U(xiǎn)SB 下載模式后會(huì)枚舉出下圖所示的端口：

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Air724UG 還有一種方式會(huì)進(jìn)入調(diào)試模式：在開機(jī)之前，把KEYIN1 上拉到 V_GLOBAL_1V8；進(jìn)入調(diào)試模式后USB 枚舉出來的端口和USB 下載模式的端口是一樣的。

進(jìn)入調(diào)試模式后將無法正常開機(jī)，故正常開機(jī)請(qǐng)不要把 KEYIN1 上拉到 V_GLOBAL_1V8

今天先分享到這里，后面繼續(xù)分享。

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