合宙低功耗4G模组Air780EP——硬件设计01

Air780EP是一款基于移芯EC718P平台设计的LTECat1无线通信模组。

支持FDD-LTE/TDD-LTE的4G远距离无线传输技术。

另外，模组提供了USB/UART/I2C等通用接口满足IoT行业的各种应用诉求。

本文将主要介绍Air780EP的应用接口设计部分。

一、主要性能

1.1 Air780EP模块功能框图

1.2 型号信息

模块型号列表：

1.3 主要性能

二、应用接口

模块采用LGA封装，109个SMT焊盘管脚，

以下章节将详细阐述Air780EP各接口的功能

2.1. 管脚描述

特别注意：

AT 指令集暂不支持GPIO及特除功能进行操作,具体标注为上表中带"*"的管脚。
二次开发GPIO复用功能详见对应《_GPIO_table》

3.LDOAON 为芯片内部部分GPIO供电电源，由此电源供电的IO口休眠状态下能够保持。

4.所有GPIO 和wakeuppad 都支持双边沿中断；可以复用为wakeup的io，休眠以及唤醒状态下都能使用；其余io唤醒状态下可用，休眠状态下不能使用； wakeup io 可以唤醒休眠，其余GPIO都不可以。

IO参数定义：

2.2 工作模式

下表简要的叙述了接下来几章提到的各种工作模式。

注意：

当模块进入休眠模式或深度休眠模式后，VDD_EXT电源会掉电，相应电压域的GPIO以及串口（MAIN_UART除外）均会处于掉电关闭状态，掉电IO口均无法响应中断，无法唤醒模块退出休眠模式。
模块进入休眠状态后只能通过以下管脚中断唤醒退出休眠模式。

2.3 电源供电

2.3.1.模块电源工作特性

在模块应用设计中，电源设计是很重要的一部分。

由于LTE射频工作时最大峰值电流高达1.5A，在最大发射功率时会有约700mA的持续工作电流，电源必须能够提供足够的电流，不然有可能会引起供电电压的跌落甚至模块直接掉电重启。

2.3.2.减小电压跌落

模块电源VBAT电压输入范围为3.3V~4.3V，但是模块在射频发射时通常会在VBAT电源上产生电源电压跌落现象，

这是由于电源或者走线路径上的阻抗导致，一般难以避免。

因此在设计上要特别注意模块的电源设计.

在VBAT输入端，建议并联一个低ESR(ESR=0.7Ω)的100uF的钽电容，以及100nF、33pF、10pF滤波电容，

VBAT输入端参考电路如图所示。

并且建议VBAT的PCB走线尽量短且足够宽，减小VBAT走线的等效阻抗，确保在最大发射功率时大电流下不会产生太大的电压跌落。建议VBAT走线宽度不少于1mm，并且走线越长，线宽越宽。

2 .3.3. 供电参考电路

电源设计对模块的供电至关重要，必须选择能够提供至少1A电流能力的电源。

若输入电压跟模块的供电电压的压差小于2V，建议选择LDO作为供电电源。

若输入输出之间存在的压差大于2V，则推荐使用开关电源转换器以提高电源转换效率。

LDO供电：

下图是5V供电的参考设计，采用了Micrel公司的LDO，型号为MIC29302WU。

它的输出电压是4.16V，负载电流峰值到3A。

为确保输出电源的稳定，建议在输出端预留一个稳压管，并且靠近模块VBAT管脚摆放。

建议选择反向击穿电压为5.1V，耗散功率为1W以上的稳压管。

LDO供电输入参考设计：

DC-DC 供电：

下图是DC-DC开关电源的参考设计，采用的是杰华特公司的JW5033S开关电源芯片，它的最大输出电流是2A，输入电压范围3.7V~18V。

注意C25的选型要根据输入电压来选择合适的耐压值。

DCDC供电输入参考设计：

2.4. 开关机

2.4.1. 开机

在VBAT供电后，可以通过如下两种方式来触发Air780EP开机：

按键开机: PWRKEY管脚通过轻触按键连接到地，按键按下1秒以上实现开机。
上电开机：将PWRKEY管脚直接短接到地，VBAT上电后就可以实现开机。

2.4.1.1 PWRKEY 管脚开机

VBAT上电后，可以通过PWRKEY管脚启动模块，把PWRKEY管脚拉低1秒以上之后模块会进入开机流程，软件会检测VBAT管脚电压，

若VBAT管脚电压大于软件设置的开机电压（3.3V），会继续开机动作直至系统开机完成；

否则，会停止执行开机动作，系统会关机，开机成功后PWRKEY管脚可以释放。

可以通过检测VDD_EXT 管脚的电平来判别模块是否开机。

推荐使用开集驱动电路来控制PWRKEY管脚。

下图为开集驱动参考开机电路：

另一种控制PWRKEY管脚的方法是直接使用一个按钮开关。

按钮附近需放置一个TVS管用以ESD保护。

下图为按键开机参考电路：

2.4.1.2 上电开机

将模块的PWRKEY直接接地可以实现上电自动开机功能。

需要注意，在上电开机模式下，将无法关机。

对于用电池供电的应用场景不建议用PWRKEY接地的上电自动开机方式。

2.4.2. 关机

以下的方式可以关闭模块：

正常关机：使用PWRKEY管脚关机
正常关机：通过AT指令AT+CPOWD关机

2.4.2.1 PWRKEY 管脚关机

PWRKEY 管脚拉低1.5s以上时间，模块会执行关机动作。

关机过程中，模块需要注销网络，注销时间与当前网络状态有关，经测定用时约2s~12s，因此建议延长 12s后再进行断电或重启，以确保在完全断电之前让软件保存好重要数据。

时序图如下：

2.4.2.2 低电压自动关机

模块在运行状态时当VBAT管脚电压低于模块工作的最低工作电压时（默认设置3.3V），软件会执行关机动作关闭模块，以防低电压状态下运行出现各种异常。

2.4.3.复位

RESET_N 引脚可用于使模块复位。

拉低RESET_N引脚100ms以上可使模块复位。

RESET_N信号对干扰比较敏感，因此建议在模块接口板上的走线应尽量的短，且需包地处理。

参考电路：

注意：

复位功能建议仅在AT+CPOWD和PWRKEY关机失败后使用。

2.5. 串口

模块提供了4个通用异步收发器：主串口MAIN_UART、AUX_UART、DBG_UART、UART3。

2.5.1. MAIN_UART

MAIN_UART 管脚定义：

对于AT开发方式， MAIN_UART用来进行AT指令通讯。

MAIN_UART支持固定波特率,不支持自适应波特率在默认情况下，模块的硬件流控是关闭的。

当客户需要硬件流控时，管脚RTS,CTS必须连接到客户端，AT 命令"AT+IFC=2,2"可以用来打开硬件流控。AT命令"AT+IFC=0,0"可以用来关闭流控。具体请参考《AirM2M无线模块AT命令手册》。

MAIN_UART在休眠状态下保持的功能，能够唤醒模块。

MAIN_UART的特点如下：

包括数据线TXD和RXD，硬件流控控制线RTS和CTS。
8个数据位，无奇偶校验，一个停止位。
硬件流控默认关闭。
用以AT命令传送，数传等。 支持波特率如下：600,1200,2400,4800,14400,9600,19200,38400,57600,115200,230400,460800,921600bps

注意： MAIN_UART在开机过程中短时会输出固定调试信息