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接下來，我們繼續(xù)學(xué)習(xí)第二部分。

3.3 電源供電

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3.3.1 模塊電源工作特性

在模塊應(yīng)用設(shè)計中，電源設(shè)計是很重要的一部分。由于LTE射頻工作時最大峰值電流高達1.5A，在最大發(fā)射功率時會有約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。

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)計上要特別注意模塊的電源設(shè)計，在VBAT輸入端，建議并聯(lián)一個低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)挘瑴p小VBAT走線的等效阻抗，確保在最大發(fā)射功率時大電流下不會產(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。

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3.3.3 供電參考電路

電源設(shè)計對模塊的供電至關(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，采用了Micrel公司的LDO，型號為MIC29302WU。它的輸出電壓是4.16V，負載電流峰值到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。

DC-DC 供電：

下圖是 DC-DC 開關(guān)電源的參考設(shè)計，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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3.4 開關(guān)機

3.4.1 開機

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在VBAT供電后，可以通過如下兩種方式來觸發(fā)Air780EP開機：

1. 按鍵開機: PWKEY管腳通過輕觸按鍵連接到地，按鍵按下1秒以上實現(xiàn)開機。
2. 上電開機：將PWRKEY管腳直接短接到地，VBAT上電后就可以實現(xiàn)開機。

**PWRKEY **管腳開機

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入開機流程，軟件會檢測VBAT管腳電壓，若VBAT管腳電壓大于軟件設(shè)置的開機電壓（3.3V），會繼續(xù)開機動作直至系統(tǒng)開機

完成；否則，會停止執(zhí)行開機動作，系統(tǒng)會關(guān)機，開機成功后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。推薦使用開集驅(qū)動電路來控制PWRKEY管腳。下圖為參考電路：

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另一種控制PWRKEY管腳的方法是直接使用一個按鈕開關(guān)。按鈕附近需放置一個TVS管用以ESD保護。下圖為參考電路：

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上電開機

將模塊的PWRKEY 直接接地可以實現(xiàn)上電自動開機功能。需要注意，在上電開機模式下，將無法關(guān)機。

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方式。

3.4.2 關(guān)機

以下的方式可以關(guān)閉模塊：

• 正常關(guān)機：使用PWRKEY管腳關(guān)機
• 正常關(guān)機：通過AT指令A(yù)T+CPOWD關(guān)機

**PWRKEY **管腳關(guān)機

PWRKEY 管腳拉低 1.5s 以上時間，模塊會執(zhí)行關(guān)機動作。

關(guān)機過程中，模塊需要注銷網(wǎng)絡(luò)，注銷時間與當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)有關(guān)，經(jīng)測定用時約2s~12s，因此建議延長

12s后再進行斷電或重啟，以確保在完全斷電之前讓軟件保存好重要數(shù)據(jù)。時序圖如下：

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低電壓自動關(guān)機

模塊在運行狀態(tài)時當(dāng) VBAT 管腳電壓低于模塊工作的最低工作電壓時（默認(rèn)設(shè)置 3.3V），軟件會執(zhí)行關(guān)機動作關(guān)閉模塊，以防低電壓狀態(tài)下運行出現(xiàn)各種異常。

3.4.3 復(fù)位

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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：

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注意：

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

3.5 串口

模塊提供了 4 個通用異步收發(fā)器：主串口 MAIN_UART、AUX_UART、DBG_UART、UART3。

3.5.1 MAIN_UART

表格 6：MAIN_UART 管腳定義

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對于AT 開發(fā)方式，3.5.1. MAIN_UART 用來進行 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，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 的特點如下：

• 包括數(shù)據(jù)線TXD和RXD，硬件流控控制線RTS和CTS。
• 8個數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗，一個停止位。
• 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 在開機過程中短時會輸出固定調(diào)試信息

3.5.2 AUX_UART

表格 7：AUX_UART 管腳定義

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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)進行喚醒。

3.5.3 DBG_UART

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DBG_UART 用來軟件調(diào)試時輸出AP trace，建議預(yù)留測試點。 DBG_UART 在開機過程中短時會輸出固定調(diào)試信息。

DBG_TX、DBG_RX 默認(rèn)功能為系統(tǒng)底層日志口，進行模塊硬件設(shè)計時，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USB 時，工作正常，未接入 USB 時，工作異常的情況，只能通過 DBG_TX、DBG_RX 來抓取日志。

3.5.4 UART3

不支持LCD 功能，可以再復(fù)用一組 UART3

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3.5.5 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：

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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。

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3.5.6 串口電壓轉(zhuǎn)換

Air780EP 模塊的串口電平為 1.8V 或 3.3V，通過 PIN100 IO_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：

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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。
• 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。因此在需要進入休眠的場景下，建議用AGPIO3進行上拉。
• 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****

Air780EP 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。

表格 8：USB 管腳定義

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USB接口參考設(shè)計電路如下：

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圖表 9：USB 接口參考設(shè)計

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(shù)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**。**

3.7 USB下載模式****

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Air780EP 模塊進入USB 下載模式：

1. 在開機之前，把USB_BOOT 上拉到VDD_EXT

3.8 I2C

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Air780EP 可支持兩路I2C 接口：

1. 兼容Philips I2C 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議
2. 支持Fast mode （400Kbps）和 Slow mode（100Kbps）
3. 只支持 master 模式，不支持 slaver 模式
4. 可通過軟件來配置內(nèi)部的上拉電阻，1.8K 或者 20K
5. 理論上最多可支持 127 個從設(shè)備

I2C 的參考電路如下：

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Air780EP 的I2C 接口電壓是 1.8V/3.3V 可配置，通過PIN100 IO_SEL 配置IO 口電平，能夠滿足大部分外設(shè)的直接需求，但是如果要和 5V 或者以上電平的外設(shè)通信，那就必須要加電平轉(zhuǎn)換電路：

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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(zhuǎn)換用的 NMOS 管必須選用結(jié)電容小于 50pF 的型號，推薦型號如下：

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3.9 SIM卡接口****

Air780EP 支持 2 路 SIM 卡接口，支持 ETSI 和 IMT-2000 卡規(guī)范，支持 1.8V 和 3.0V USIM 卡。以滿足雙 SIM卡切換的需求。

3.9.1 SIM 接口

下表介紹了 SIM 接口的管腳定義。

表格 9：SIM 卡接口管腳定義

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3.9.2 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(yīng)的 AT 指令進行SIM 卡通道切換：或者選擇自動切換功能，系統(tǒng)會根據(jù)外部網(wǎng)絡(luò)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：

1. 模塊開機會默認(rèn)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。
2. USIM_DET 信號為 SIM 卡插拔檢測管腳，上下邊沿電平觸發(fā)中斷，觸發(fā)系統(tǒng)進行SIM1 通道的卡在位檢測。而SIM2 通道不支持SIM 卡插拔檢測。
3. 對于內(nèi)置貼片SIM 卡的雙卡應(yīng)用場景，如網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)優(yōu)先使用外置插拔SIM 卡的效果。

3.9.3 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。

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如果需要用到 sim 卡在位檢測，推薦電路如下。

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在SIM卡接口的電路設(shè)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(shè)計中建議遵循以下設(shè)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?dāng)_，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(lián)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_DET IO內(nèi)部上拉的方式

3.10 ****LDO輸出

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注意：

1. VDD_EXT 作為大部分IO 的內(nèi)部供電，在模塊進入休眠后會掉電關(guān)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(wǎng)絡(luò)交互以維持網(wǎng)絡(luò)注冊狀態(tài)。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(fā) IO 中斷導(dǎo)致模塊無法進入休眠。

1. 在需要休眠的場景可以用AGPIO3 進行上拉。

3.11 功能管腳

******3.11.1 **MAIN_RI

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表格 10：MAIN_RI 信號動作

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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：

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3.11.2 MAIN_DTR

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模塊支持兩種睡眠模式：

睡眠模式 1：發(fā)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(fā)送 AT+CSCLK=2，模塊在串口空閑一段時間后自動進入睡眠

3.11.3 狀態(tài)指示燈

Air780EP 用一個管腳來指示開機狀態(tài)，用兩個管腳信號來指示網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。如下兩表分別描述了管腳定義和不同網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下的邏輯電平變化：

表格 11：網(wǎng)絡(luò)指示管腳定義

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指示燈參考電路如下圖所示：

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3.12 省電功能

根據(jù)系統(tǒng)需求，有兩種方式可以使模塊進入到低功耗的狀態(tài)。對于AT版本使用“AT+CFUN”命令可以使模塊進入最少功能狀態(tài)。

3.12.1 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(fā)送“AT+CFUN=”命令來設(shè)置。參數(shù)可以選擇 0，1，4。

• 0：最少功能（關(guān)閉RF和SIM卡）；
• 1：全功能（默認(rèn)）；
• 4：關(guān)閉RF發(fā)送和接收功能；

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

如果使用“AT+CFUN=4”設(shè)置模塊，RF部分功能將會關(guān)閉，而串口依然有效。所有與RF部分相關(guān)的AT命令不可用。

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

3.12.2 睡眠模式（慢時鐘模式）

串口應(yīng)用

串口應(yīng)用下支持兩種睡眠模式：

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

睡眠模式 1

開啟條件：

發(fā)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(yīng) AT 指令，但是收到數(shù)據(jù)/短信/來電會有 URC 上報 HOST 睡眠時，模塊收到數(shù)據(jù) / 短信 / 來電如何喚醒 HOST ： MAIN_RI 信號

睡眠模式 2

開啟條件：

發(fā)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(rèn) 5s），模塊自動進入睡眠模式 2

模塊退出睡眠：

串口連續(xù)發(fā)送 AT 直到模塊回應(yīng)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(yīng) AT 指令，但是收到數(shù)據(jù)/短信/來電會有 URC 上報 HOST 睡眠時，模塊收到數(shù)據(jù) / 短信 / 來電如何喚醒 HOST ： MAIN_RI 信

USB****應(yīng)用

開啟條件：

USB HOST 必須支持 USB suspend/resume

模塊進入睡眠：

HOST 發(fā)起 USB suspend

模塊退出睡眠：

HOST 發(fā)起 USB resume

HOST 睡眠時，模塊收到數(shù)據(jù) / 短信 / 來電如何喚醒 HOST ：

MAIN_RI 信號

3.13 模式切換匯總

表格 13：模式切換匯總

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接下來我們學(xué)習(xí)第三部分。
審核編輯 黃宇
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