Air780EP是一款基于移芯EC718P平臺設計的LTECat1無線通信模組。

支持FDD-LTE/TDD-LTE的4G遠距離無線 傳輸技術。

另外，模組提供了USB/UART/I2C等通用接口滿足IoT行業的各種應用訴求。

在上文介紹了Air780EP的主要性能和應用接口中的管腳描述，電源供電，開關機，串口等硬件設計。

上文鏈接：合宙低功耗4G模組Air780EP——硬件設計01-電子發燒友網 (elecfans.com)

本文將主要介紹Air780EP的應用接口,射頻接口，電氣特性，結構規格等內容。

二、應用接口

2.6 USB接口

Air780EP 的 USB 符合USB2.0 規范，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，數據傳輸，軟件調試和軟件升級。

USB管腳定義：

USB接口參考設計電路如下：

注意事項如下：

1. USB走線需要嚴格按照差分線控制，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，減少信號反射；USB信號的測試點最好直接放在走線上以 減少stub；

4.盡可能的減少USB走線的過孔數量；

5.在靠近USB連接器或者測試點的地方添加TVS保護管，由于USB的速率較高，需要注意TVS管 的選型，保證選用的TVS保護管的寄生電容小于1pF;

6. VBUS作為USB插入喚醒作用，并不直接參與USB插入檢測，非必須，在不需要USB插入喚醒的 場景也可以不接.

2.7. USB下載模式

Air780EP模塊進入USB下載模式：

在開機之前，把USB_BOOT上拉到VDD_EXT

2.8. I2C

Air780EP可支持兩路I2C接口：

• 兼容PhilipsI2C標準協議 ?支持Fastmode（400Kbps）和Slowmode（100Kbps）
  
• 只支持master模式，不支持slaver模式
  
• 可通過軟件來配置內部的上拉電阻，1.8K或者20K
  
• 理論上最多可支持127個從設備

I2C的參考電路如下：

Air780EP 的 I2C 接口電壓是1.8V/3.3V 可配置，通過PIN100IO_SEL配置IO口電平，能夠滿足大部分 外設的直接需求，

但是如果要和5V或者以上電平的外設通信，

那就必須要加電平轉換電路：

上圖推薦用AGPIO3上拉，在不需要模塊進入休眠的場景或者允許休眠掉電的場景也可以用VDD_EXT上拉

電平轉換用的NMOS管必須選用結電容小于50pF的型號，推薦型號如下：

2.9. SIM卡接口

Air780EP支持2路SIM卡接口，支持ETSI和IMT-2000卡規范，支持1.8V和3.0VUSIM卡。

以滿足雙SIM 卡切換的需求。

2.9.1. SIM接口

下表介紹了SIM接口的管腳定義。

2.9.2. 雙SIM卡切換說明

Air780EP 支持雙卡單待，同一時間只能使用其中一個SIM通道。

可以通過相應的AT指令進行SIM卡 通道切換：

或者選擇自動切換功能，系統會根據外部網絡信號強度進行自動切換（自動切換功能通常用 于同時使用不同運營商SIM卡的場景）。具體指令請參考《4G模塊AT命令手冊》

注意：

• 模塊開機會默認檢測SIM1通道，在SIM1通道檢測到SIM卡不在位的情況下才會去檢測SIM2通 道。
  
• USIM_DET信號為SIM卡插拔檢測管腳，上下邊沿電平觸發中斷，觸發系統進行SIM1通道的卡 在位檢測。而SIM2通道不支持SIM卡插拔檢測。
  
• 對于內置貼片SIM卡的雙卡應用場景，如網絡攝像頭（IPC）場景，建議將貼片SIM卡置于SIM2 通道，外置插拔SIM卡座置于SIM1通道，以實現優先使用外置插拔SIM卡的效果。
  

2.9.3. SIM 接口參考電路

下圖是SIM接口的參考電路，使用6pin的SIM卡座。

如果需要用到sim卡在位檢測，推薦電路如下。

在SIM卡接口的電路設計中，為了確保SIM卡的良好的功能性能和不被損壞，在電路設計中建議遵循以下設計 原則：

1. SIM卡座與模塊距離擺件不能太遠，越近越好，盡量保證SIM卡信號線布線不超過20cm。
   
2. SIM卡信號線布線遠離RF線和VBAT電源線。
   
3. 為了防止可能存在的USIM_CLK信號對USIM_DATA信號的串擾，兩者布線不要太靠近，在兩條走線之間增 加地屏蔽。且對USIM_RST_N信號也需要地保護。
   
4. 為了保證良好的ESD保護，建議加TVS管，并靠近SIM卡座擺放。選擇的ESD器件寄生電容不大于50pF。在 模塊和SIM卡之間也可以串聯22歐姆的電阻用以抑制雜散EMI，增強ESD防護。SIM卡的外圍電路必須盡量 靠近SIM卡座。
   
5. 在需要模塊進入休眠的場景SIM_DET禁止用VDD_EXT上拉，否則會造成無法休眠的問題。建議用AGPIO3上 拉，或者用SIM_DETIO內部上拉的方式
   

2.10. LDO 輸出

注意：

• VDD_EXT作為大部分IO的內部供電，在模塊進入休眠后會掉電關閉，以降低功耗。
  
• VDD_EXT在模塊休眠期間，會隨著模塊底層頻繁喚醒做網絡交互以維持網絡注冊狀態。客觀上造成 VDD_EXT 在模塊休眠期間輸出周期不等的高脈沖，如果用VDD_EXT做某些IO如喚醒IO管腳，或者 MAIN_UART 的上拉，就會造成頻繁觸發IO中斷導致模塊無法進入休眠。
  
• 在需要休眠的場景可以用AGPIO3進行上拉
  

2.11. 功能管腳

2.11.1. MAIN_RI

MAIN_RI 信號動作:

如果模塊用作主叫方，MAIN_RI會保持高電平，收到URC信息或者短信時除外。而模塊用作被叫方時， MAIN_RI 的時序如下所示：

語音呼叫時模塊用作被叫方MAIN_RI時序:

數據呼叫時模塊用作被叫方MAIN_RI時序:

模塊主叫時MAIN_RI時序:

收到URC信息或者短信時MAIN_RI時序:

2.11.2. MAIN_DTR

模塊支持兩種睡眠模式：

睡眠模式1：發送AT+CSCLK=1，通過MAIN_DTR管腳電平控制模塊是否進入睡眠

睡眠模式2：發送AT+CSCLK=2，模塊在串口空閑一段時間后自動進入睡眠

具體參閱2.12.2睡眠模式

2.11.3.狀態指示燈

Air780EP用一個管腳來指示開機狀態，用兩個管腳信號來指示網絡的狀態。

如下兩表分別描述了管腳定義 和不同網絡狀態下的邏輯電平變化：

表格1：網絡指示管腳定義

表格2：指示網絡管腳的工作狀態

指示燈參考電路如下圖所示：

2.12. 省電功能

根據系統需求，有兩種方式可以使模塊進入到低功耗的狀態。

對于AT版本使用“AT+CFUN”命令可以使模塊 進入最少功能狀態。

2.12.1. 最少功能模式/飛行模式

最少功能模式可以將模塊功能減少到最小程度，此模式可以通過發送“AT+CFUN=”命令來設置。

參數可以選擇0，1，4。

• 0：最少功能（關閉RF和SIM卡）；
  
• 1：全功能（默認）；
  
• 4：關閉RF發送和接收功能；
  

如果使用“AT+CFUN=0”將模塊設置為最少功能模式，射頻部分和SIM卡部分的功能將會關閉。而串口依然 有效，但是與射頻部分以及SIM卡部分相關的AT命令則不可用。

如果使用“AT+CFUN=4”設置模塊，RF部分功能將會關閉，而串口依然有效。所有與RF部分相關的AT命令不 可用。

模塊通過“AT+CFUN=0”或者“AT+CFUN=4”設置以后，可以通過“AT+CFUN=1”命令設置返回到全功能狀態。

2.12.2. 睡眠模式（慢時鐘模式）

2.12.2.1 串口應用

串口應用下支持兩種睡眠模式：

• 睡眠模式1：通過MAIN_DTR管腳電平控制模塊是否進入睡眠
  
• 睡眠模式2：模塊在串口空閑一段時間后自動進入睡眠
  

2.12.2.1.1 睡眠模式 1

開啟條件：

發送AT指令AT+CSCLK=1

模塊進入睡眠：

控制MAIN_DTR腳拉高，模塊會進入睡眠模式1

模塊退出睡眠：

拉低MAIN_DTR腳50ms以上，模塊會退出睡眠模式可以接受AT指令

模塊在睡眠模式1時的軟件功能： 不響應AT指令，但是收到數據/短信/來電會有URC上報

HOST 睡眠時，模塊收到數據/短信/來電如何喚醒HOST： MAIN_RI 信號

2.12.2.1.2 睡眠模式 2

開啟條件：

發送AT指令AT+CSLCK=2

模塊進入睡眠：

串口空閑超過AT+WAKETIM配置的時間（默認5s），模塊自動進入睡眠模式2

模塊退出睡眠：

串口連續發送AT直到模塊回應時即退出睡眠模式2

模塊在睡眠模式2時的軟件功能：

不響應AT指令，但是收到數據/短信/來電會有URC上報

HOST 睡眠時，模塊收到數據/短信/來電如何喚醒HOST： MAIN_RI 信號

2.12.2.2 USB應用

開啟條件：

USBHOST必須支持USBsuspend/resume

模塊進入睡眠：

HOST發起USBsuspend

模塊退出睡眠：

HOST發起USBresume

HOST睡眠時，模塊收到數據/短信/來電如何喚醒HOST： MAIN_RI信號

2.13.模式切換匯總

三、射頻接口
天線接口管腳定義如下：

RF_ANT管腳定義：

3.1. 射頻參考電路

注意：

• 連接到模塊RF天線焊盤的RF走線必須使用微帶線或者其他類型的RF走線，阻抗必須控制在50歐姆左右。
  
• 在靠近天線的地方預留Π型匹配電路，兩顆電容默認不貼片，電阻默認貼0歐姆，待天線廠調試好天線以 后再貼上實際調試的匹配電路；
  
• Luat模塊阻抗線及天線設計建議： https://doc.openluat.com/article/2430
  

3.2. RF 輸出功率

RF傳導功率：

3.3. RF傳導靈敏度

3.4.工作頻率

3.5. 推薦RF焊接方式

如果連接外置天線的射頻連接器是通過焊接方式與模塊相連的，請務必注意連接線的剝線方式及焊接方法， 尤其是地要焊接充分。

請按照下圖中正確的焊接方式進行操作，以避免因焊接不良引起線損增大。

射頻焊接方式建議：

四、電器特性，可靠性，射頻特性

4.1.絕對最大值

下表所示是模塊數字、模擬管腳的電源供電電壓電流最大耐受值。

4.2.推薦工作條件

4.3.工作溫度

4.4.功耗

4.4.1.模塊工作電流

測試儀器：綜測儀R&SCMW500，程控電源安捷倫66319D

測試條件：VBAT=3.8V，環境溫度25℃，插入白卡，連接綜測儀CMW500

4.4.2.實網模擬長連接功耗

模塊聯網功耗數據 模塊低功耗模式下聯網連接服務器定時心跳測試，模擬實際應用下的定時上報場景下功耗，從而能夠估算出電 池的使用時間。

超低功耗方案參考：https://doc.openluat.com/wiki/50

各階段耗流(中等信號強度下實網測試測試)

注意： 由于是實網測試，網絡信號強度，注冊頻段，服務器響應時間都會對測試的值有較大影響，因此，此數據僅供 參考。

4.5.靜電防護

在模塊應用中，由于人體靜電，微電子間帶電摩擦等產生的靜電，通過各種途徑放電給模塊，可能會對模 塊造成一定的損壞，所以ESD保護必須要重視。

不管是在生產組裝、測試，研發等過程，尤其在產品設計中， 都應采取防ESD保護措施。

如電路設計在接口處或易受ESD點增加ESD保護，生產中帶防ESD手套等。

下表為模塊重點PIN腳的ESD耐受電壓情況。

ESD性能參數（溫度：25℃,濕度：45%）：

五、模塊尺寸圖

該章節描述模塊的機械尺寸以及客戶使用該模塊設計的推薦封裝尺寸。

5.1. 推薦PCB封裝

注意：

1. PCB 板上模塊和其他元器件之間的間距建議至少3mm；

2. 請訪問：https://www.openluat.com/ 來獲取模塊的原理圖PCB 封裝庫。

六、存儲和生產

6.1. 存儲

Air780EP以真空密封袋的形式出貨。

模塊的存儲需遵循如下條件：

環境溫度低于40攝氏度，空氣濕度小于90%情況下，模塊可在真空密封袋中存放12個月。

當真空密封袋打開后，若滿足以下條件，模塊可直接進行回流焊或其它高溫流程：

• 模塊環境溫度低于30攝氏度，空氣濕度小于60%，工廠在72小時以內完成貼片。
  
• 空氣濕度小于10%

若模塊處于如下條件，需要在貼片前進行烘烤：

• 當環境溫度為23攝氏度（允許上下5攝氏度的波動）時，濕度指示卡顯示濕度大于10%
  
• 當真空密封袋打開后，模塊環境溫度低于30攝氏度，空氣濕度小于60%，但工廠未能在72小時以內完成貼 片
  
• 當真空密封袋打開后，模塊存儲空氣濕度大于10%
  

如果模塊需要烘烤，請在125攝氏度下（允許上下5攝氏度的波動）烘烤48小時。

注意：

模塊的包裝無法承受如此高溫，在模塊烘烤之前，請移除模塊包裝。

如果只需要短時間的烘烤，請 參考IPC/JEDECJ-STD-033 規范。

6.2. 生產焊接

用印刷刮板在網板上印刷錫膏，使錫膏通過網板開口漏印到PCB上，印刷刮板力度需調整合適，

為保證模 塊印膏質量，Air780EP模塊焊盤部分對應的鋼網厚度應為0.2mm。

為避免模塊反復受熱損傷，建議客戶PCB板第一面完成回流焊后再貼模塊。推薦的爐溫曲線圖如下圖所示：

七、術語縮寫

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到這里，關于合宙低功耗4G模組Air780EP的硬件設計部分就介紹結束了。

在下文我們將介紹Air780EP的開發板使用說明。

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