在硬件工程的底層邏輯中，開機(jī)電路設(shè)計是啟動流程的“總導(dǎo)演”。它通過精巧的電路結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)電源、信號與組件的同步運作。拆解其設(shè)計邏輯，揭示設(shè)備啟動背后的技術(shù)精妙。

本文應(yīng)工程師朋友邀請，特別分享開機(jī)電路設(shè)計相關(guān)內(nèi)容。
 

模組的上電開機(jī)是硬件設(shè)計調(diào)試的基礎(chǔ)，合理的電路設(shè)計與優(yōu)化，可提高模組開機(jī)的穩(wěn)定性與可靠性，確保模組正常運行與功能實現(xiàn)。

Air780EPM模組：LGA封裝，16*18*2.3mm，共有109個管腳；開機(jī)正常啟動所涉及到的管腳，如下圖表所示：

1. 供電管腳（VBAT）

管腳編號：43、42

供電范圍：3.3V - 4.3V，為模塊正常啟動與運行提供基礎(chǔ)電力保障。

2. 參考地（GND）

管腳編號：40、41等多個

功能描述：模塊每個GND管腳都需良好接地，保障電路信號穩(wěn)定與模塊正常運行。

3. 開機(jī)控制管腳（PWRKEY）

管腳編號：7

功能描述：PWRKEY為開機(jī)管腳，需拉低實現(xiàn)開機(jī)操作，其電路上拉電阻到VBAT，按鍵按下時PWRKEY腳電壓被拉低，觸發(fā)模塊上電開機(jī)流程；建議外部增加10uF電容到地濾波，且走線要短，避免干擾。

4. 復(fù)位管腳（RESET_N）

管腳編號：15

功能描述：RESET_N是復(fù)位管腳（注意！是重啟，不是關(guān)機(jī)，與合宙老型號Air780E的處理邏輯不一樣），有專用的 GPIO 引腳對外引出，可直連到按鍵。

5. IO參考電壓管腳（VDD_EXT）

管腳編號：24

功能描述：該管腳是電壓輸出管腳，休眠掉電，在電路設(shè)計中需考慮其與外部電路的配合，確保模塊在不同工作模式下的電壓供應(yīng)與信號參考穩(wěn)定。

6. 下載模式選擇管腳（USB_BOOT）

管腳編號：82

功能描述：USB_BOOT是模塊進(jìn)入下載模式的控制管腳，拉高有效，上拉到VDD_EXT，需注意在PCB布線時避免干擾，防止誤觸發(fā)下載模式，影響模塊正常開機(jī)啟動。

Air780EPM模組要正常運行開機(jī)，需要滿足幾個必要條件。

大家在實際應(yīng)用中如果遇到模組開機(jī)問題，可以參考以下開機(jī)條件進(jìn)行逐一排查。在前期設(shè)計階段，也要根據(jù)這些要求來優(yōu)化外部電路設(shè)計（尤其是電源部分）。

注意實際Air780EPM正常開機(jī)的電壓范圍，要大于規(guī)格書所給的工作范圍，為3.1V~4.5V；但是實際使用中不建議超過3.3V~4.3V，避免射頻指標(biāo)惡化。

部分高壓鋰電池充滿狀態(tài)下，電壓能達(dá)到4.35V~4.4V，雖然超過4.3V的建議電壓最大值，但是請放心使用——因為滿電工作時間較短，而且考慮電池內(nèi)阻因素，到達(dá)模組芯片端的電壓會低于4.3V。

由于4G-Cat.1射頻工作特性，在射頻發(fā)射瞬間會產(chǎn)生脈沖電流，脈沖電流最大會高達(dá)1.5~2A，持續(xù)時間百uS級別。

若供電能力不夠或者電源走線通路阻抗過高會引起VBAT供電電源跌落，嚴(yán)重時會造成周期性的反復(fù)重啟。

電源的跌落，可以用示波器進(jìn)行測量。切記不能用萬用表。

可以從開機(jī)日志判斷，比如用LuaTool通過鏈接Air780EPM的USB接口進(jìn)行日志抓取，如果周期反復(fù)出現(xiàn)開機(jī)日志的打印，就可以考慮電源跌落原因。

由于4G-Cat.1射頻工作特性，在射頻工作時，很難保證VBAT供電的穩(wěn)定不跌落。且在外部電源電路設(shè)計不合理的情況下（尤其是DCDC BUCK電源），都會在VBAT電源上存在抖動和紋波。

從經(jīng)驗來看，若跌落和紋波小于400mV的情況下不會對模組工作產(chǎn)生影響；但如果高于此范圍，會有射頻惡化的風(fēng)險，以及低電壓掉電重啟的風(fēng)險。

如果優(yōu)化，除了優(yōu)化供電設(shè)計外，可以在VBAT管腳附近加大電容來減小紋波。官方參考設(shè)計推薦1000uf，比較保守，實際產(chǎn)品由于小型化或其他空間原因可以按照實際情況減小此電容的容值，以減小空間。如果空間允許，建議無腦加上，增加系統(tǒng)健壯性。

Air780EPM模組不同于通常的MCU的上電開機(jī)；開機(jī)需要觸發(fā)開機(jī)事件，也就是PWRKEY管腳拉低（拉低時間>1秒)，觸發(fā)開機(jī)。

PWRKEY管腳只要VBAT管腳電壓大于3.1V時就會為高，而且是內(nèi)部拉高。

特別提醒：PWRKEY外部不能有任何上拉電路，否則會出現(xiàn)系統(tǒng)啟動的不穩(wěn)定風(fēng)險。

推薦如下幾種開機(jī)方式，可根據(jù)實際情況靈活選用：

適合由主控MCU io口控制模組開機(jī)的方式：

適合于Air780EPM做主控的方式，比如Open二次開發(fā)方式：

雖然Air780EPM不支持上電啟動開機(jī)的方式，但是可以將PWRKEY直接接地的方式來變相實現(xiàn)上電開機(jī)的目的。

但是這種方式有個缺點：

畢竟是硬件實現(xiàn)的上電開機(jī)，會導(dǎo)致模組VBAT電壓在關(guān)機(jī)電壓臨界點時（比如用電池供電，低電量情況下），會出現(xiàn)反復(fù)上電開關(guān)機(jī)的情況，進(jìn)一步將電池放電。

復(fù)位管腳RESET_N為重啟（注意！是重啟，不是關(guān)機(jī)，與老型號Air780E的處理邏輯不一樣)，硬件拉低時間建議大于500ms。

RESET_N管腳與PWRKEY管腳類似，由模組內(nèi)部拉高，禁止任何形式的外部拉高。

如若RESET_N管腳一直被外部拉低且不被釋放，模組則一直處于復(fù)位狀態(tài)，不能正常啟動，因此復(fù)位管腳也要作為模組不啟動的排查對象。

RESET_N也有如下操作方式：

USB_BOOT是模塊進(jìn)入下載模式的控制管腳，必須在模塊開機(jī)啟動時USB_BOOT管腳處于高狀態(tài)（通常會用VDD_EXT管腳來拉高），才會讓系統(tǒng)進(jìn)入下載模式。

誤入下載模式后，會容易誤認(rèn)為不開機(jī)。

在實際開發(fā)應(yīng)用中，可結(jié)合項目整體需求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。資料中心也為大家提供了開發(fā)板參考設(shè)計原理圖等資料。

最新參考設(shè)計原理圖下載：https://docs.openluat.com/air780epm/product/shouce/

今天的內(nèi)容就分享到這里了~