Air780EP是一款基于移芯EC718P平臺設(shè)計(jì)的LTECat1無線通信模組。
支持FDD-LTE/TDD-LTE的4G遠(yuǎn)距離無線 傳輸技術(shù)。
另外,模組提供了USB/UART/I2C等通用接口滿足IoT行業(yè)的各種應(yīng)用訴求。
一、主要性能
1.1 Air780EP模塊功能框圖
1.2 型號信息
模塊型號列表:
1.3 主要性能
二、應(yīng)用接口
模塊采用LGA封裝,109個(gè)SMT焊盤管腳,
以下章節(jié)將詳細(xì)闡述Air780EP各接口的功能
2.1. 管腳描述
特別注意:
1. AT 指令集暫不支持GPIO及特除功能進(jìn)行操作,具體標(biāo)注為上表中帶“*”的管腳。
2. 二次開發(fā)GPIO復(fù)用功能詳見對應(yīng)《_GPIO_table》
3.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。
4.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。
IO參數(shù)定義:
2.2 工作模式
下表簡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,VDD_EXT電源會掉電,相應(yīng)電壓域的GPIO以及串口 (MAIN_UART除外)均會處于掉電關(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 入端參考電路如圖所示。
并且建議VBAT的PCB走線盡量短且足夠?qū)挘瑴p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。
2 .3.3. 供電參考電路
電源設(shè)計(jì)對模塊的供電至關(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。
LDO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。
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)Air780EP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管腳啟動模塊,把PWRKEY管腳拉低1秒以上之后模塊會進(jìn)入開機(jī)流程,軟 件會檢測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),會繼續(xù)開機(jī)動作直至系統(tǒng)開機(jī)完成;否則,會停止執(zhí)行開機(jī)動作,系統(tǒng)會關(guān)機(jī),開機(jī)成功后PWRKEY管腳可以釋放。可以通過檢測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)動電路來控制PWRKEY管腳。
下圖為開集驅(qū)動參考開機(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)。
下圖為按鍵開機(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)。
對于用電池供電的應(yīng)用場景不建議用PWRKEY接地的上電自動開機(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)
2.4.2.1 PWRKEY 管腳關(guān)機(jī)
PWRKEY 管腳拉低1.5s以上時(shí)間,模塊會執(zhí)行關(guān)機(jī)動作。
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)。
時(shí)序圖如下:
2.4.2.2 低電壓自動關(guān)機(jī)
模塊在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)當(dāng)VBAT管腳電壓低于模塊工作的最低工作電壓時(shí)(默認(rèn)設(shè)置3.3V),軟件會執(zhí)行關(guān)機(jī) 動作關(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信號對干 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4個(gè)通用異步收發(fā)器:主串口MAIN_UART、AUX_UART、DBG_UART、UART3。
2.5.1. MAIN_UART
MAIN_UART 管腳定義:
對于AT開發(fā)方式, 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 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。具體請參考《AirM2M無線 模塊AT命令手冊》。
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:
- 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: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)會輸出固定調(diào)試信息
2.5.2. AUX_UART
AUX_UART為輔助串口,不支持AT指令交互,用于某些外設(shè)通信,如對接GNSS等。
AUX_UART休眠后會關(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用來軟件調(diào)試時(shí)輸出APtrace,建議預(yù)留測試點(diǎn)。
DBG_UART在開機(jī)過程中短時(shí)會輸出固定調(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景:
1、低功耗場景: 在低功耗場景下,USB無法使用,只能通過DBG_TX、DBG_RX來抓取日志。
2、非低功耗場景: 模塊接入U(xiǎn)SB時(shí),工作正常,未接入U(xiǎn)SB時(shí),工作異常的情況,只能通過DBG_TX、DBG_RX來抓取 日志。
2.5.4. UART3
如果使用不到LCD功能,可以再復(fù)用一組UART3
2.5.5. 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。
三線制的串口請參考如下的連接方式:
帶流控的串口連接請參考如下電路連接,此連接方式可提高大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)目煽啃裕乐箶?shù)據(jù)丟失。
帶流控的串口連接方式示意圖 :
2.5.6. 串口電壓轉(zhuǎn)換
Air780EP 模塊的串口電平為1.8V或3.3V,通過PIN100IO_SEL配置IO口電平,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:
- 此電平轉(zhuǎn)換電路不適用波特率高于460800bps的應(yīng)用。
- 由于休眠狀態(tài)下VDD_EXT會掉電,因此如果在需要休眠的應(yīng)用場景用VDD_EXT做串口電平轉(zhuǎn)換上拉的話, 會導(dǎo)致模塊無法休眠的情況。因此在需要進(jìn)入休眠的場景下,建議用AGPIO3進(jìn)行上拉。
- 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三極管的推薦型號如下:
對于波特率高于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
?
未完待續(xù)。。。
下文會繼續(xù)介紹Air780EP的硬件設(shè)計(jì),包括應(yīng)用接口部分的I2C,SIM卡接口,功能管腳和射頻接口,電氣特性等內(nèi)容。
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