Figure 1: 頂部與連接器視圖

盡管RAKwireless提供了廣泛的WisBlock傳感器模塊的選擇，但可能仍然沒有找到需要的模塊。以下教程詳細示例了如何制作WisBlock傳感器RTC(實時時鐘)模塊。

#閱讀以下內容

• WisBlock產品中使用的板對板連接器可以從RAKwireless 淘寶商店購買。連接器有兩個供應商：松下(Panasonic)和特思嘉(TXGA)。Base板 (RAK5005-O)上的是母/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。
• 請仔細閱讀RAK5005-O WisBlock Base的數據手冊，了解連接到4個傳感器插槽的信號。
• 請仔細閱讀現有的WisBlock傳感器模塊的數據手冊，以了解信號的用途。例如RAK1906 環境傳感器。

#模板示例

為了簡化任務，我們為Autodesk Eagle?準備了一個完整的示例項目，可在此處下載。該項目擁有啟動定制WisBlock傳感器模塊所需的一切。 包含用在WisBlock傳感器模塊上的板對板連接器和預定義的PCB模型，將原始的WisBlock傳感器模塊與小孔相匹配，以便將模塊固定在WisBlock Base上。

#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。如下圖所示，連接器的所有24個引腳都被分配給信號，連接器引腳的分配方式可以在必要時將傳感器模塊旋轉180度。

Figure 2: 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的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_S是一個3.3V電源，可由WisBlock Core模塊控制。
  當傳感器模塊只消耗幾uA的電流，可以選擇VDD為該傳感器的電子部件供電。當模塊消耗電流較大時，則強烈建議使用3V3_S作為電源電壓。這樣，就可以通過軟件優化WisBlock應用程序的功耗。
• SPI_MISO、SPI_MOSI、SPI_CLK、SPI_CS是用于SPI的接口。建議不要在WisBlock傳感器模塊上使用SPI，而應使用I2C。因為SPI_CS信號在所有傳感器插槽上都是相同的。在WisBlock Base的傳感器擴展槽上只能使用一個SPI模塊。一個變通的辦法是使用傳感器插槽上的一個GPIO作為SPI芯片選擇信號。
• RXD1和TXD1僅在WisBlock Base的A槽上可用。當傳感器模塊需要串行通信時，請確保它只在插槽A中使用。另外，當使用串行信號時，如果不改變軟件應用，模塊不能插入旋轉。
• 根據傳感器模塊插入的傳感器插槽，連接器的引腳10、12、13和15被連接到不同GPIO的(IO1、IO2、IO3、IO4、IO5和IO6)。如果需要將這4個引腳中的任何一個用于IRQ或控制信號，則必須在應用軟件中分配正確的GPIO。

更多詳情請參考下表：

插槽 D	插槽 C	插槽 B	插槽 A	引腳	引腳	插槽 A	插槽 B	插槽 C	插槽 D
NC	NC	NC	TXD1	1	2	GND	GND	GND	GND
SPI_CS	SPI_CS	SPI_CS	SPI_CS	3	4	SPI_CLK	SPI_CLK	SPI_CLK	SPI_CLK
SPI_MISO	SPI_MISO	SPI_MISO	SPI_MISO	5	6	SPI_MOSI	SPI_MOSI	SPI_MOSI	SPI_MOSI
I2C1_SCL	I2C1_SCL	I2C1_SCL	I2C1_SCL	7	8	I2C1_SDA	I2C1_SDA	I2C1_SDA	I2C1_SDA
VDD	VDD	VDD	VDD	9	10	IO2	IO1	IO4	IO6
3VD_S	3VD_S	3VD_S	3VD_S	11	12	IO1	IO2	IO3	IO5
IO5	IO3	IO2	IO1	13	14	3V3_S	3V3_S	3V3_S	3V3_S
IO6	IO4	IO1	IO2	15	16	VDD	VDD	VDD	VDD
I2C1_SDA	I2C1_SDA	I2C1_SDA	I2C1_SDA	17	18	I2C1_SCL	I2C1_SCL	I2C1_SCL	I2C1_SCL
SPI_MOSI	SPI_MOSI	SPI_MOSI	SPI_MOSI	19	20	SPI_MISO	SPI_MISO	SPI_MISO	SPI_MISO
SPI_CLK	SPI_CLK	SPI_CLK	SPI_CLK	21	22	SPI_CS	SPI_CS	SPI_CS	SPI_CS
GND	GND	GND	GND	23	24	RXD1	NC	NC	NC

#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 3: PCB示例

如您所見，Autodesk Eagle?在安裝過程中會上報很多DRC尺寸錯誤。安裝孔及其銅印(連接到GND信號)必須機械的位于PCB的邊緣。Autodesk Eagle? 僅允許一條與PCB邊緣距離有關的設計規則，因此存在DRC檢查錯誤。

#關于PCB設計的重要信息

• 如上所述，請勿把連接器和安裝孔移到其他的位置。如果移動它們，自制的WisBlock傳感器將無法插入WisBlock Base模塊。
• 由于PCB的尺寸(10x10 mm)很小，可能必須更改設計規格，使用4mil連接，銅印與0.2mm通孔直徑之間的距離為4mil。這將取決于您的設計是否適用于默認的Autodesk Eagle?設計規則，但很可能，連接到連接器焊盤的電線將無法布線。
• 我們建議在頂層和底層安裝一個GND平面。
• 不要在底層放置組件。傳感器模塊和Base板之間的空間只有1~2 mm。

#RTC示例

此示例中，使用的RTC芯片是由 CYMBET 公司制造的EnerChip? CBC34803-M5C模塊。

該芯片結合了實時時鐘（RTC）和為低功耗應用優化的日歷，并集成了可充電的固態備用電池和所有電源管理功能。

該芯片有一個小的、僅提供5天備份的集成電池。在斷電期間，不需要大型紐扣電池或大型超級電容為RTC供電。

#RTC示例原理圖

下圖為WisBlock傳感器RTC的原理圖：

Figure 4: RTC原理圖

首先要檢查的是，我們刪除了板對板連接器的大部分連接：

Figure 5: 調整后的連接器網絡

只留下所需的網絡。如果不移除未使用的網絡，稍后在PCB設計中將會遇到麻煩，因為信號會被鏡像分配到左右兩行的連接器上。僅僅在連接器引腳之間就會有太多不必要的連接。

對于RTC芯片，我們只需要電源網、I2C網和2條IRQ線。圍繞RTC的設計取自EnerChip? CBC34803-M5C的數據手冊。

#RTC示例 PCB

我們可以在一個兩層電路板上對整個設計進行布線。連接非常簡單，使用Autodesk Eagle?自動布線功能便可完成。只有一個GND連接需要手動添加。
如您所見，我們把推薦的GND平面放在頂部和底部。此外，安裝孔周圍的開放銅區是可見的。這個銅區與GND信號相連。

#RTC頂層

Figure 6: RTC頂層示例

#RTC底層

Figure 7: RTC底層示例

下載RTC示例PCB的Eagle文件。

#總結

如上所述，設計一個定制的WisBlock傳感器模塊并不困難。只要遵循PCB設計規則就可以。

• 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。
• 為傳感器選擇合適的電源：
  • 如果電流消耗很低，選擇VDD。
  • 如果需要控制WisBlock傳感器模塊的電源，選擇3V3_S。
• 不要在底層放置組件。傳感器模塊和Base板之間的空間只有1~2 mm。

希望此教程對您有所幫助。如果您已成功設計出WisBlock傳感器模塊，歡迎在我們的論壇欄目WisBlock中分享相關細節。 感謝您閱讀本教程并通過使用我們的WisBlock產品支持RAKwireless。