硬件啟動(dòng)的核心驅(qū)動(dòng)力：開(kāi)機(jī)電路設(shè)計(jì)原理探析！

開(kāi)機(jī)電路是硬件啟動(dòng)的“心臟”，其設(shè)計(jì)優(yōu)劣直接影響設(shè)備的響應(yīng)效率與可靠性。聚焦電路觸發(fā)機(jī)制、時(shí)序分配與電源管理三大核心，深入探析開(kāi)機(jī)電路的工作原理，助力提升硬件設(shè)計(jì)水平。

本文應(yīng)工程師朋友邀請(qǐng)，特別分享開(kāi)機(jī)電路設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容。
 

模組的上電開(kāi)機(jī)是硬件設(shè)計(jì)調(diào)試的基礎(chǔ)，合理的電路設(shè)計(jì)與優(yōu)化，可提高模組開(kāi)機(jī)的穩(wěn)定性與可靠性，確保模組正常運(yùn)行與功能實(shí)現(xiàn)。

一、Air780EPM開(kāi)機(jī)相關(guān)管腳概述

Air780EPM模組：LGA封裝，16*18*2.3mm，共有109個(gè)管腳；開(kāi)機(jī)正常啟動(dòng)所涉及到的管腳，如下圖表所示：

1. 供電管腳（VBAT）

管腳編號(hào)：43、42

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

2. 參考地（GND）

管腳編號(hào)：40、41等多個(gè)

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

3. 開(kāi)機(jī)控制管腳（PWRKEY）

管腳編號(hào)：7

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

4. 復(fù)位管腳（RESET_N）

管腳編號(hào)：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(hào)Air780E的處理邏輯不一樣），有專(zhuān)用的 GPIO 引腳對(duì)外引出，可直連到按鍵。

5. IO參考電壓管腳（VDD_EXT）

管腳編號(hào)：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(jì)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(hào)參考穩(wěn)定。

6. 下載模式選擇管腳（USB_BOOT）

管腳編號(hào)：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(xiàn)時(shí)避免干擾，防止誤觸發(fā)下載模式，影響模塊正常開(kāi)機(jī)啟動(dòng)。

二、Air780EPM開(kāi)機(jī)必要條件及其電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)

Air780EPM模組要正常運(yùn)行開(kāi)機(jī)，需要滿(mǎn)足幾個(gè)必要條件。

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

1、VBAT供電管腳電壓符合工作電壓范圍

1.1 供電電壓3.3V~4.3V

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

部分高壓鋰電池充滿(mǎn)狀態(tài)下，電壓能達(dá)到4.35V~4.4V，雖然超過(guò)4.3V的建議電壓最大值，但是請(qǐng)放心使用——因?yàn)闈M(mǎn)電工作時(shí)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(huì)低于4.3V。

1.2 持續(xù)供電電流大于1A，瞬間供電電流大于2A

由于4G-Cat.1射頻工作特性，在射頻發(fā)射瞬間會(huì)產(chǎn)生脈沖電流，脈沖電流最大會(huì)高達(dá)1.5~2A，持續(xù)時(shí)間百u(mài)S級(jí)別。

若供電能力不夠或者電源走線(xiàn)通路阻抗過(guò)高會(huì)引起VBAT供電電源跌落，嚴(yán)重時(shí)會(huì)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(cè)量。切記不能用萬(wàn)用表。

可以從開(kāi)機(jī)日志判斷，比如用LuaTool通過(guò)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(kāi)機(jī)日志的打印，就可以考慮電源跌落原因。

1.3 VBAT供電紋波小于400mV（經(jīng)驗(yàn)值）

由于4G-Cat.1射頻工作特性，在射頻工作時(shí)，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(jì)不合理的情況下（尤其是DCDC BUCK電源），都會(huì)在VBAT電源上存在抖動(dòng)和紋波。

從經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，若跌落和紋波小于400mV的情況下不會(huì)對(duì)模組工作產(chǎn)生影響；但如果高于此范圍，會(huì)有射頻惡化的風(fēng)險(xiǎn)，以及低電壓掉電重啟的風(fēng)險(xiǎn)。

如果優(yōu)化，除了優(yōu)化供電設(shè)計(jì)外，可以在VBAT管腳附近加大電容來(lái)減小紋波。官方參考設(shè)計(jì)推薦1000uf，比較保守，實(shí)際產(chǎn)品由于小型化或其他空間原因可以按照實(shí)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(wú)腦加上，增加系統(tǒng)健壯性。

2、開(kāi)機(jī)管腳PWRKEY（7pin）觸發(fā)開(kāi)機(jī)動(dòng)作

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

PWRKEY管腳只要VBAT管腳電壓大于3.1V時(shí)就會(huì)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(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)啟動(dòng)的不穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)。

推薦如下幾種開(kāi)機(jī)方式，可根據(jù)實(shí)際情況靈活選用：

2.1 開(kāi)集驅(qū)動(dòng)開(kāi)機(jī)電路

適合由主控MCU io口控制模組開(kāi)機(jī)的方式：

2.2 按鍵開(kāi)機(jī)方式

適合于Air780EPM做主控的方式，比如Open二次開(kāi)發(fā)方式：

2.3 PWRKEY接地方式

雖然Air780EPM不支持上電啟動(dòng)開(kāi)機(jī)的方式，但是可以將PWRKEY直接接地的方式來(lái)變相實(shí)現(xiàn)上電開(kāi)機(jī)的目的。

但是這種方式有個(gè)缺點(diǎn)：

畢竟是硬件實(shí)現(xiàn)的上電開(kāi)機(jī)，會(huì)導(dǎo)致模組VBAT電壓在關(guān)機(jī)電壓臨界點(diǎn)時(shí)（比如用電池供電，低電量情況下），會(huì)出現(xiàn)反復(fù)上電開(kāi)關(guān)機(jī)的情況，進(jìn)一步將電池放電。

三、復(fù)位管腳RESET_N處于釋放狀態(tài)（沒(méi)有被外部拉低）

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(hào)Air780E的處理邏輯不一樣)，硬件拉低時(shí)間建議大于500ms。

RESET_N管腳與PWRKEY管腳類(lèi)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(dòng)，因此復(fù)位管腳也要作為模組不啟動(dòng)的排查對(duì)象。

RESET_N也有如下操作方式：

4、USB_BOOT管腳處于懸空或拉低狀態(tài)

USB_BOOT是模塊進(jìn)入下載模式的控制管腳，必須在模塊開(kāi)機(jī)啟動(dòng)時(shí)USB_BOOT管腳處于高狀態(tài)（通常會(huì)用VDD_EXT管腳來(lái)拉高），才會(huì)讓系統(tǒng)進(jìn)入下載模式。

誤入下載模式后，會(huì)容易誤認(rèn)為不開(kāi)機(jī)。

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

最新參考設(shè)計(jì)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~