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串口作为Air780EPM模块的核心通信接口，承担着设备控制、数据传输及外设交互等关键功能，在物联网终端、智能设备、工业自动化等场景中不可或缺。 一、概述 串口作为 Air780EPM 模块最最主要的通信接口，承担着控制，数据传输，外设通信等重要功能。基本上绝大部分的 Cat.1 应用场景都会用到。而 Air780EPM 模块的串口特性和使用要求上与通常的 MCU 串口会有些不同，导致在第一次用 Air780EPM 模块做设计时容易踩到一些坑。 特别说明： Air780EPM 不支持AT指令操作，3 个 UART ( UART1 UART2 UART3) 仅用于 LuatOS 二次开发使用； 本文主要从硬件设计的角度，着重讲解串口设计中的一些关键注意点，软件开发方面不做深入探讨。 二、串口相关管脚 Air780EPM 支持 4 个串口，分别是主串口 UART1(MAIN_UART), UART2(AUX_UART)和UART3, 调试串口 UART0(DBG_UART)。对应的管脚如下： 三、功能描述 主串口UART1： 模块的数据传输主要通过主串口 UART1 来实现，建议优先用主串口进行外部通信和模块控制。 主串口 UART1 有以下特性： TTL 电平串口（Air780EPM 所有串口均为 TTL 电平串口），电平为 3.0V(默认)/1.8V电平。（两种串口电平选择，可以通过 PIN 100 管脚配置或者二次开发代码配置）。 只有主串口支持模块 休眠唤醒功能 （LPUART)。Air780EPM 模块在休眠时，所有串口均为关闭状态，只有主串口支持接收串口数据唤醒模块。 注意，在非 9600 的其他波特率下，进行串口收发数据唤醒时，会丢失前几个字节。 待机状态下：高电平。 扩展串口： 扩展串口 UART2 和 UART3 从硬件上的电气特性来说与主串口一样（但是不能支持休眠唤醒功能）。 调试串口： 调试串口 UART0，用来输出模块的运行日志。 调试串口固定波特率 961200 不可更改，不建议连接任何外设，但建议设计时预留测试点。调试串口日志数据有专门的协议，如果用普通的串口工具抓取会显示乱码，只有用专用调试工具，如有需要请联系官方技术人员。 对于 openCPU 二次开发应用来说，调试串口可以配置为一般串口使用，但是要注意，即使配置为一般串口在开机时软件跑起来前的这段时间内，仍然会输出调试日志，这就有可能对外接的外设造成误动作。同理，将调试串口配置为 GPIO 使用时也会有这个问题。因此万不得已情况下不要使用调试串口做其他功能。 四、硬件设计指导 串口的连接方式： 主串口的型号命名很容易让人联想到 RS232 标准的 DB9 接口，其实不然，模块的串口连接方式与标准 RS232 连接方式有所不同，如下是标准 RS232 串口连接方式，特点是交叉连接。 模块串口遵循的是早期贺氏(HAYES)公司制定的 MODEM 串口标准，在这个标准下，DTR,DSR,CTS,RTS 信号的功能有所不同。MODEM 串口标准标准下 DTR, DSR，CTS，RTS 采用的是直连方式，如下图 在逐渐的演变过程中，DCD ,DSR,RI 逐渐演变为其他的独立功能，在物联网串口应用中仅保留 T/RX 加流控管脚的 5 线串口的形式，但是 CTS ，RTS 的命名规则保留了下来，虽然 CTS/RTS 采用直连的方式，但是实际上模块的 CTS 管脚起到的功能是标准 RTS 功能；模块 RTS 管脚起到的功能是标准 CTS 功能。连接方式如下： 甚至流控管脚也不是必须，就变成了 3 线串口： 串口的电平转换： Air780EPM 的串口是 TTL 电平串口，TTL 电平串口会有输入输出判别门限，如下图。 同时，外接 MCU 或者外设的 TTL 电平串口同样有判别门限，一般来说，TTL 电平的判别门限高低取决于 IO 供电电平 VDD 的高低。如果串口双方的判别门限差别较大，一方的输出高电平落在对方的高电平判别门限下，就容易出现误判的现象，虽说 Air780EPM 可以通过 100 管脚来选择串口电平，但也仅有 1.8V 和 3.3V 两个档位，无法覆盖全部情况，在串口双方电平不一致的情况，就要增加电平转换电路来转换通信电平。 双方模块串口电平差别不大的情况： 例如，模块串口电平 3.3V， MCU 串口电平 3.0V。按照上图判别门限，模块的输入高判别门限为 0.7x3.3=2.32V，所以 MCU 串口高电平输出为 3V，高于模块的输入高判别门限，能够稳定判断。这种情况下即使 MCU 与模块的电平不一致，直接连接也不会造成通信问题。通常这种情况下，无需电平转换，只需要在窗口 TX RX 型号线上串联限流电阻即可，限流电阻用于减小串口电平不匹配造成的漏电，通常按经验串联 1K 电阻即可，注意串联电阻不宜过大，会影响串口型号的上升下降时间，从而影响串口信号质量。 注意： 不要只看判别门限，还要考虑串口的耐压，即使落在判别门限内，但是一方高电平高于对方的 IO 耐压值的情况下就不能要串联电阻的方式，还是老老实实加串口电平转换。一般来说双方的电平差不宜超过 0.5V 晶体管的电平转方案： 在串口波特率不高的情况下（如 115200），可以通过 NPN 晶体管的方式进行电平转换，参考设计如下图，这种方式的优点：成本低； 劣势：低电平下会被三极管的饱和管压降抬高（通常在 0.1v 左右，不影响通信）；开关速度不够，超过 460800 波特率时不建议用这种方式。 设计注意： 模块RXD上拉电源选择，上图选择AGPIO做上拉而没有选择VDD_EXT电源做上拉，是因为VDD_EXT在模块休眠时会关闭，会导致RXD上产生一个低电平，又由于主串口支持休眠唤醒，就导致这个低电平让串口产生中断将模块唤醒，最终导致模块无法休眠。所以在需要休眠的应用设计上，禁止用VDD_EXT电源上拉串口。 三极管的基极要用较低电平的一方参考电平来上拉，否则容易找出三级管不能完截止。 RXD和TXD的上拉电阻在不影响信号质量的情况下尽量加大，一方面是降低休眠功耗，一方面是降低AGPIO的驱动负荷(Air780EPM所有AGPIO共享5mA最大驱动电流)。 对于三极管选型并没有严格要求，通用的3904NPN三极管都能满足要求 电平转换芯片方案： 电平转换芯片，对成本不敏感的话，优先考虑用电平转换芯片，无论速度，可靠性都很完美。对于设计方面只要注意芯片选型，同时模块端参考电平注意用 AGPIO3，其他的参考具体芯片参考设计即可，没有太多注意事项。 考虑到电平转换芯片价格与通道数量成正相关，也可以采用 TX RX 用双通道电平转换芯片，其他流控信号用晶体管或者分压方式来做电平转换。兼顾性能和成本。 电平转换芯片选型： TXS0102/TXS0104/TXS0108系列，2/4/8通道，品牌TI RS0102/RS0104/RS0108系列，2/4/8通道，品牌润石 SGM4553 ， 双通道，品牌圣邦威 五、总结 虽然串口这个硬件总线原理简单，速率低速，设计也不复杂，但是对于 Cat.1 通信系统尤其是低功耗物联网应用，串口的设计就会牵涉到休眠和功耗，因此在设计中还是要有足够的重视。

在数字化浪潮中，SIM卡作为通信设备的“身份证”，早已成为人们生活中不可或缺的存在。 以下详细阐述了SIM卡接口如何通过读取卡片信息完成4G网络鉴权，并支持双卡切换功能，使设备能够灵活选择最优网络。这种看似简单的机制，实则构建了设备与运营商之间安全、高效连接的桥梁。 一、概述 SIM 卡接口由于连接 SIM 卡，读取 SIM 卡信息以便在注册 4G 网络时进行鉴权，身份验证。是 4G 通信系统的必要功能。Air780EPM 支持两路 SIM 卡，支持双卡切换，以便设备能灵活选择，切换网络。 二、SIM 卡接口功能描述 Air780EPM 模块支持 2 路 USIM 接口，支持双卡单待功能，均符合 ETSI 和 IMT-2000 规范。其中，USIM1 接口自适应支 持 1.8 V 和 3.3 V USIM 卡，USIM2 接口支持 USIM 卡的电平与模组 GPIO 电平配置相同，模组 GPIO 电平配置为 1.8V 时，USIM2 只支持 1.8V 的 SIM 卡，模组 GPIO 电平配置为 3.3V 时，USIM2 只支持 3.3V 的 SIM 卡； 1、SIM 卡相关管脚 Air780EPM SIM 卡信号分别是如下管脚： 2、SIM 卡电气特性 特性： 支持SIM卡类型： USIM1接口：1.8V/3.3V USIM卡 ； USIM2接口：与模组GPIO电平配置有关，模组GPIO电平配置为1.8V时，USIM2只支持1.8V的SIM卡，模组GPIO电平配置为3.3V时，USIM2只支持3.3V的SIM卡； 支持协议：ETSI / IMT-2000 双卡特性： 双卡单待 SIM卡在位检测：USIM1支持； USIM2不支持； USIM_RST, USIM_CLK, USIM_DAT 信号电器特性 3、SIM 卡时序 激活时序： 当SIM卡的触点接通序列结束后（RST 处于低电平，VCC稳定供电，ME的I/O处于接 收状态，VPP 被置为空闲状态，CLK提供适当的、稳定的时钟），SIM卡准备复位。如下图 所示。 - 时钟信号在T0时刻加到CLK触点，I/O总线在时钟信号加到CLK触点200个时钟周 期（T0时刻之后的t2时间段）之内应该处于高阻状态； - 内部复位的SIM卡，在几个时钟周期之后开始复位，复位应答应该在400～40000 个时钟周期内开始（T0时刻之后的t1时间段之内） - 低电平复位的SIM卡的复位信号至少在40000个时钟周期内RST触点维持低电平（T0 之后的t3时间段内），如果在40000个时钟周期内没有复位应答，则RST触点被置为高电平； - I/O端的复位应答必须在RST上升沿开始的400～40000个时钟周期内开始（T1时刻之后的t1时间段之内） - 如果复位应答在400～40000个时钟周期内没有开始（T1时刻之后的t3时间段之内）， 则RST触点的电平将被置为低电平（在T2时刻），触点也将被ME释放。 4、双 SIM 卡切换功能描述 Air780EPM支持双卡单待，同一时间只能使用其中一个SIM通道。可以通过相应的AT指令或者LuatOS相应的API进行SIM卡通道切换。 特性： - 模块开机会默认检测SIM1通道，在SIM1通道检测到SIM卡不在位的情况下才会去检测SIM2通道。 - USIM_DET信号为SIM卡插拔检测管脚，上下边沿电平触发中断，触发系统进行SIM1通道的卡在位检测。而SIM2通道不支持SIM卡插拔检测。 - 对于内置贴片SIM卡的双卡应用场景，建议将贴片SIM卡置于SIM2通道，外置插拔SIM卡座置于SIM1通道，以实现优先使用外置插拔SIM卡的效果。 - 由于Air780E是双卡单待模式，因此同时只能有一张SIM卡在工作，因此系统在切换SIM卡时，会重新注册网络。 三、SIM 卡接口电路设计指导 如下时常用的 SIM 卡参考设计： USIM1 通道： USIM2 通道： 设计注意事项： SIM 卡座与模块距离摆件不能太远，越近越好，尽量保证 SIM 卡信号线布线不超过 20cm。 SIM 卡信号线布线远离 RF 线和 VBAT 电源线。 为了防止可能存在的 USIM_CLK 信号对 USIM_DATA 信号的串扰，两者布线不要太靠近，在两条走线之间增加地屏蔽。且对 USIM_RST_N 信号也需要地保护。 为了保证良好的 ESD 保护，建议加 TVS 管，并靠近 SIM 卡座摆放。选择的 ESD 器件寄生电容不大于 50pF。在模块和 SIM 卡之间也可以串联 22 欧姆的电阻用以抑制杂散 EMI，增强 ESD 防护。SIM 卡的外围电路必须尽量靠近 SIM 卡座。 在需要模块进入休眠的场景 SIM_DET 禁止用 VDD_EXT 上拉，否则会造成无法休眠的问题。建议用 VREF_VOLT 上拉。 USIM2 通道由于是与普通 GPIO 口复用，因此无法自适应 1.8V/3.3VUSIM 卡，USIM2 的电平只能与 VDD_EXT 保持一致，也就是与模组 GPIO 电平保持一致。 USIM2_DAT 和 USIM2_RST 在模块内部被 4.7K 上拉到 USIM_VDD; USIM2_CLK 通过 100k 上拉到 RefVolt, 因此如果要使用这三个管脚复用 GPIO，要注意上拉电阻对外设的影响。 USIM1_VDD 和 USIM2_VDD 共用同一个电源，内部是同一个网络，因此 USIM1_VDD 和 USIM2_VDD 总是同时上下电，即使 USIM2 通道不使用。 USIM_DET 只支持 USIM1 通道，通过中断触发系统查询 SIM 卡是否在位，因此，USIM_DET 只要是电平变化就能触发中断，无论是高电平或是低电平。 四、SIM 卡常见问题 在出现 SIM 卡不识别卡时，测量 SIM 卡供电 VDD_SIM，总是发现 VDD_SIM 为低电平。 原因： SIM 卡在初始化时，系统会尝试 4 次与 SIM 卡交互，此时 VDD_SIM 也会打开 4 次，分别在 1.8V 和 3.3V 交替检测，若检测不到 SIM 卡，VDD_SIM 卡就会关闭,如下图。因此在检测不到 SIM 卡的情况下 USIM_VDD 总是低电平。 设计建议： VDD_SIM 不输出不是 SIM 卡不识别的原因，而是结果，SIM 卡上任何一个信号异常均会导致 VDD_SIM 自动关闭。

本文主要介绍了如何为 Air780EPM 模块设计供电电路，涵盖 LDO、DCDC、锂电池等多种方案。 重点包括：根据设备需求选合适电源类型，选元件时注意 LDO 散热、DCDC 电感抗冲击能力，PCB 布局要缩短走线减少干扰。针对锂电池和长待机场景，还提供了充电管理和升压电路设计技巧，帮工程师避开常见问题，确保模块稳定省电，希望能够帮助到你！ 常见的物联网应用场景下对Air780EPM的供电方式有如下三种： 一、LDO供电方式 使用LDO电源芯片线性降压的供电方案，原理简单，电路，走线要求都相对较低，而且输出电源干扰小，稳定，对射频，天线等影响较小。 但是由于Cat.1系统的特色性，对LDO的选型要求较高。如下是一般LDO的电源参考设计 对于LDO电源的设计与选型有几点注意事项： （1）输入电压和输出电压压差尽量小 。由于LDO常用的是MOS半导通的降压特性，输入电压和输出电压差会加在LDO两端，会导致LDO承受耗散功率，造成发热和能量损失。而Cat.1的工作特性，在射频工作时，最大平均电流(FDD最大发射功率情况下）会达到600~700mA,使得LDO承受的耗散功率尤为严重。为了最小化电压差，建议LDO输出电压设置为接近4.2V，而输入电压建议不要超过5V，否则不建议采用LDO电源方案。 （2）LDO器件封装选择。 不少人选择LDO器件，只看器件的最大输出电流是否满足模块的要求电流，这种做法是错误的。LDO选型最重要的参数是热阻ϕ JA，表示芯片内部热结点到周围环境的热阻。通常芯片内部的结温的计算公式为： 其中： Tj为芯片结温；Rϕ JA 为热阻；TA为室温；PD为LDO芯片的耗散功率； 对于芯片结温Tj，通常规格书会给出当前芯片的最大允许的工作温度，比如如下： 也就是计算出来的LDO结温度不能超过125°C。而通常Rϕ JA 热阻与LDO的封装形式高度相关，具体可以查阅相关LDO芯片规格书，如下： 例如：从上图规格书中我们可以得知SO-8封装的热阻为160°C/W，按照Air780EP最大平均功率700mA, LDO压差1V计算，室温25°下，SO-8封装的LDO结温为0.7x1x160+25 = 137 °C 就高于了规格书要求的125的最大工作结温，所以SO-8的封装不满足Cat.1应用要求。 所以通常推荐选择封装为TO-252,SOT-223等这些带大面积散热PAD的封装，同时在PCB布局的时候要在空间允许的情况下尽量增加散热PAD的铺铜面积以及尽量多的过孔导热到PCB对面层增加散热面积。 LDO布局远离热敏感器件。 Cat.1模块供电LDO由于是比较大的热源，在热敏感的功能区域要尤其注意要远离，比如GPS，晶体振荡器，热敏感传感器。 LDO的输出电容的选择 。LDO输出电容容值不是越大越好，不合适的容值会导致输出震荡，计算公式相对复杂，这里不再赘述，感兴趣可以查阅反馈回路设计相关资料。若实际使用中遇到LDO输出震荡问题，调整输出电容即可，一般来说，只要按照LDO规格书推荐的输出电容值就可以。注意靠近LDO输出管脚放置。 推荐的LDO选型。 LDO选型不限于如下型号。 MIC29302WU TO-263-5 LM317D2T-TR TO-263-2 LM317DCYR SOT-223-3 二 、DCDC供电方式 DC to DC开关电源的供电方式是Cat.1模块常用的方式，有其输出电流高，输入电压范围广，而且功耗相对LDO要低，发热小，同时不需如LDO的大面积散热覆铜。但是比较致命的缺点是容易对射频部分和天线部分造成传导或耦合干扰，从而影响模块的接受性能。但是这个问题是可以通过合理的DCDC电源设计以及PCB布局走线来优化解决。 如下是DCDC参考设计示例： 上图是以杰华特的JW5359M 开关电源举例，讲解各个部分的功能电路： C1和C25构成输入电容，其中C1大电容为可选，主要作用是放置于电源连接器附近，用于消除电源插拔时的尖峰电压；C25 22uf要靠近开关电源的电源输入管脚放置。C25电容选型除了耐压要满足输入电压要求外，还要选用低ESR的电容，建议用陶瓷MLCC电容。 C16为自举电容，用于在DCDC内部下管关闭后能够迅速将上管栅极的电压提高至上管导通，在选型时要注意C16的耐压要大于输入电压。 L2为功率电感，电感的感值范围可以由芯片规格书中公式进行计算得出，这里不做赘述。功率电感的选型除了关注感值外还需注意下面的几个参数： 饱和电流（Isat），也就是导致功率电感磁饱和时的最大电流。功率电感进入磁饱和后，此时电流的增大不再转换为磁通量的增加，即立刻失去了电感的特性，导致短路大电流。电感的饱和电流一定要大于DCDC输出的 最大峰值电流。注意，最大峰值电流并不等于输出电流。 而是等于输出电流加上最大纹波电流 ， 最大纹波电流可以按照输出电流的50%来估算。比如DCDC的最大输出电流为1A，则最大纹波电流为0.5A，于是最大峰值电流为1.5A，因此选择功率电感的饱和电流要大于1.5A。 温升电流（Irms），功率电感的饱和电流不是固定不变的，通常会随着温度的升高而饱和电流降低。通常Irms是指电感温度在40度时的饱和电流。所以温升电流（Irms）通常会小于额定的饱和电流（Isat）。所以在做电感选型时主要Irms也要高于DCDC的最大峰值电流。 等效直流阻抗(DCR), 也就是功率电感的内阻，主要影响电感的发热，较大的内阻会使得功率电感温度更容易升高，从而降低功率电感的感值和饱和电流。通常功率电感的内阻通常与封装大小直接相关，相同感值下封装更大的电感往往内阻较小。 反馈网络（R21,R22,C19)。R21,R22分压构成调整输出电压的反馈，这里不做过多阐述。注意，C19作为前馈电容主要作用是加快DCDC系统的瞬态响应，能够让DCDC在系统负载突然变化时，能够更快的响应，使得输出迅速稳定。通常前馈电容是可选的，但是对于Cat.1系统来说，由于射频脉冲式的工作形式，导致Cat.1系统对供电的瞬态响应要求高，因此前馈电容建议加上。前馈电容的值选择建议对于DCDC芯片规格书推荐值，由于前馈电容会影响DCDC反馈环路的相位，不合适的值会影响环路稳定性，从而引起震荡。 C34 输出电容。输出电容比较重要，与功率电感一起，影响着DCDC的纹波电压大小。输出电容的计算方法在DCDC芯片规格书里描述得很详细，不做赘述。需要注意的是输出电容要选择ESR较小的MLCC陶瓷电容或者钽电容，且靠近DCDC输出放置。 DCDC开关电源的布局要求： DCDC开关电源的布局很重要，对Cat.1射频灵敏度有很大的影响。如下是典型的布局较差的DCDC输出波形： 上图波形能看到两种周期性的波形：呈现三角形，幅度相对较小的电源纹波；和尖峰脉冲幅值较大的低弹噪声。 电源纹波：是由开关电源的开关特性和功率电感输出电容充放电共同作用的结果，只要纹波电压幅值不大，基本不会对系统产生影响。如上图纹波电压峰峰值在20mv左右，相对较小属于正常范围。调节功率电感值和输出电容值以及开关频率均可以优化纹波电压。 地弹噪声：由于脉冲时间短频率高而且幅值较大，其高频分量通过电源传到到射频部分很容易对射频造成干扰，造成灵敏度恶化。所以地弹噪声是我们要消除的最大敌人。地弹噪声产生的原因是由于DCDC开关电源在工作时上管和下管分别交替打开而造成的电流环路变化而造成的磁通量变换，从而就会在电流环路上产生感应电动势也就是尖峰电压如下图，所以观察上图波形，可以看到地弹噪声都是出现在上下管切换的时刻。所以地 弹噪声想要通过调节电容和电感值去优化噪声是不可达到的 。 输入电容和输出电容与DCDC芯片共同构成电流回路，也就是两者回路面积越大，产生的磁通量变化越大，也就是产生地弹噪声越大。因此想要尽可能的最小化噪声，就要在输出电容和输入电容的办法上做文章。 ​ DCDC电源布局示例： 上图输入电容和输出电容直接放置在输入输出管脚的近端，同时电容地管脚直接就近连接到芯片的地管脚，从而整个输入输出电流环路面积最小。 DCDC布局建议： 优先布局输入输出电容，首先将输入输出电容靠近芯片放置，再考虑其他部分的布局。 输入输出电容的地管脚和DCDC芯片地管脚直接的回路连接，要尽量在表层连接，最好有一定宽度的覆铜。不建议通过过孔通过其他层连接，效果较差。 芯片SW管脚与电感连接的走线尽量短，以减小对外的辐射。 其他的一些通用的设计规则不再赘述。 总之，由于地弹噪声一旦发生，在已经成型的PCB上就很通过常规的硬件整改来定位问题和改善。因此在设计的时候就要特别关注DCDC开关电路的布局和走线。 三 、锂电池供电以及充电方式 通过直接用锂电池给模块供电的方式适合运用在便携式物联网的场景，锂电池供电让身边正常工作，充电进行补能。 锂电池的放电特性具有较高的瞬态放电能力而且内阻较低，对于Cat.1系统是比较理想的供电方式，而且Air780EP模块的供电电压范围3.3V~4.3V是完全按照锂电池的放电特性来设计。下图是由电池直接给模块供电的参考设计。 C49 220uF是补能电容，由于锂电池的低内阻和高放电能力，加上本身应用与便携式产品，空间尺寸优先。因此本不需要较大的电容，但是考虑到实际PCB电源走线长度以及电池连接器接触阻抗和电池引线长度等会引入额外的不确定的阻抗，因此会建议酌情加上220uf电容，建议选用低ESR的钽电容。 C50 C51 C52 构成旁路电容滤波组，不同容值的电容会有不同的协振动点，组合起来能够增加滤波的高频带宽，比单一滤波电容有低的高频阻抗。 TVS1作为电源端的ESD保护器件。建议在设计时要加上，会显著降低售后不良率。参考选型：PTVSHC3D4V5BH 芯导 ；GESDBL4V5Y1 格瑞宝； 充电电路 ： 对于锂电池的充电有两种方式：线性充电和开关充电，他们的工作原理图类似与LDO和DCDC开关电源的原理。对于500mA以下的充电电流优选线性充电的方式，成本低，电路简单，干扰较小；对于1A以上的充电电流优先选择开关充电的充电方式；在500mA~1A之前，根据产品的空间尺寸，散热情况选择合适的充电方式。 下图以线性充电方式为例介绍具体参考设计： 设计注意事项 ： D2和C18构成输入电源端的保护网络，靠近输入端放置。若是5V USB进行充电的化C1容值不宜太大，否则容易触发电脑USB的供电短路保护。如果是直流电源供电，C18建议采用100UF以上的电解电容，电源浪涌保护。 充电芯片CHRG管脚为充电指示管脚，通常为开漏输出，需要VBUS输入电源上拉，同时可以通过二极管做隔离同时连接到主控MCU GPIO管脚做充电状态判断，如果采用Air780EP做主控的open 二次开发方式，需要连接到带有中断的GPIO。 充电芯片PROG管脚用于配置恒压充电下的充电电流，由R5电阻的阻值进行设置，具体参考实际的芯片规格书。建议加上Q4 NPN作为充电控制管脚，可以通过MCU或者Air780EP GPIO进行控制，注意Q4的口控制管脚要用VBUS上拉，同时分压到IO电平对应的电压，达到充电芯片默认开启状态。 部分锂电池会有温度NTC管脚，用来检测电池电压，这里可以用VDD_EXT做分压，通过ADC检测电池温度，方便做电池安全检测。注意R30的值要根据具体的电池NTC电阻规格来计算，建议分压后的值落在0~1.2V的ADC有效量程之中。 充电路径管理 ： 由于锂电池的充电特性，在频繁充放电的情况下会导致锂电池寿命下降，因此在外电长供电的应用场景下（比如4G网络摄像头，无线固话，常供电的电瓶车定位器等）建议做充电路径管理，即当外电供电时会切断电池与模块的供电连接，直接用外部电源给模块供电。（上图线性充电参考设计的TP4056就没有路径管理功能，这种情况下，不能在电池不在的情况下用充电口直接给模块供电）。 四 、不可充电锂亚/锂猛电池供电方式 在需要超长待机（以年计算），且不可拆卸的场景（如表计类应用)。这类应用往往需要待机甚至长至10年。这时普通的可充电锂聚合物电池由于自放电率高的问题，无法适用于超长待机的场景。这时就需要用到不可充电的锂亚/锂猛电池。 锂亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池 ：能量最高的一种电池，不可充电，比能量可达590W·h/kg和1100（瓦时每立方分米）。锂亚电池在其90%以上的容量上都能保持3.6V左右的放电电压，在功率型锂亚电池瞬时放电能力达到大于1A，放电曲线如下图。能够满足于Cat.1通信模块的供电要求。所以对于使用功率型锂亚电池只需直接给Air780EP模块供电即可，无需做升压设计。 锂二氧化锰电池：能量密度对比锂亚电池要小一些，但是由于其成本低的特点，被广泛应用。锂锰电池工作电压在2.5V~3.0V左右，顺时放低能力在1A左右。由于工作电压较低，因此需要外接升压电路才能给Cat.1通信模块供电。 升压参考方案 对于升压方案的选择，低静态功耗是核心，才能满足超长待机的应用要求。这里推荐TI 的 TPS610995升压芯片（固定3.6V输出版本）。TPS61099x 器件是一款具有 1µA 超低静态电流的同步升压转换器。该器件专为由碱性电池、镍氢充电电池、 锂锰电池或锂离子充电电池供电的产品而设计，能够在轻载条件下高效运行，这对延长电池使用寿命至关重要。如下是参考设计。 注意： TPS610995要选择固定升压版本，可以省掉外部的反馈分压电阻，能够最小化反馈分压上的静态电流。 对于布局layout注意事项，同样要遵循输入输出电容的最小路径原则。参考布局如下： 五、总结 文章描述的三种Cat.1模块系统常用的供电方案，其中各有优劣，需要根据具体实际场景进行选择和设计。

本文介绍了4G模组——Air780EPM 模块开机的完整硬件设计指南，涵盖供电要求、管脚配置、电路示例及常见问题排查方法，希望能够帮助大家避免设计错误，确保模块稳定启动！常见开机电路。 这些内容是 Air780EPM 模块硬件设计的核心指南，直接关系到模块能否稳定运行。 掌握这些知识可以帮助大家： ✅ 避免常见错误（如管脚配置错误、电源设计缺陷）。 ✅ 快速定位并解决开机问题。 ✅ 优化电路性能（如射频稳定性、抗干扰能力）。 ✅ 降低开发成本和时间。 对于使用该模块的产品（如物联网设备、智能终端），这些设计规范是保障产品可靠性和用户体验的基础。 Air780EPM模块开机正常启动所涉及到的管脚。 一、模块开机的必要条件： Air780EPM要正常运行开机，需要如下几个必要条件： 1、VBAT供电管脚电压符合工作电压范围。 （1）供电电压3.3V~4.3V 。注意实际Air780EPM正常开机的电压范围要大于规格书所给的工作范围，为3.1V~4.5V，但是实际使用中不建议超过3.3V~4.3V，避免射频指标恶化。注意，部分高压锂电池充满状态下电压能达到4.35V~4.4V，虽然超过4.3V的建议电压最大值，但是请放心使用，因为满电工作时间较短，而且考虑电池内阻因素，到达模块芯片端的电压会低于4.3V. （2）持续供电电流大于1A，瞬间供电电流大于2A 。由于Cat.1射频工作特性，在射频发射瞬间会产生脉冲电流，脉冲电流最大会高达1.5~2A，持续时间百uS级别。若供电能力不够或者电源走线通路阻抗过高会引起VBAT供电电源跌落，严重时会造成周期性的反复重启。 电源的跌落，可以用示波器进行测量。切记不能用万用表。 可以从开机日志判断，比如用luatool通过链接Air780EPM的USB接口进行日志抓取，如果周期反复出现开机日志的打印，就可以考虑电源跌落原因。 通过串口打印判断（MAIN_TXD/MAIN_RXD），开机后周期性反复打印“RDY"字样。在使用AT版本情况下通过此判断。 （3）VBAT供电纹波小于400mV （经验值）。由于Cat.1射频工作特性，在射频工作时，很难保证VBAT供电的稳定不跌落。且在外部电源电路设计不合理的情况下（尤其是DCDC BUCK电源）。都会在VBAT电源上存在抖动和纹波，从经验来看，若跌落和纹波小于400mv的情况下不会对模块工作产生影响；但如果高于此范围，会有射频恶化的风险，以及低电压掉电重启的风险。 如果优化，除了优化供电设计外，可以在VBAT管脚附近加大电容来减小纹波。官方参考设计推荐1000uf，比较保守，实际产品由于小型化或其他空间原因可以按照实际情况减小此电容的容值，以减小空间。那如果空间允许，建议无脑加上，增加系统健壮性。 （4）开机管脚PWRKEY（7pin）触发开机动作 。Air780EPM模块不同于通常的MCU的上电开机，Air780EPM模块开机需要触发开机事件，也就是PWRKEY管脚拉低（ 拉低时间1S ），触发开机。 PWRKEY管脚只要VBAT管脚电压大于3.1V时就会为高，而且内部拉高，（注意：PWRKEY外部不能有任何上拉电路，否则会出现系统启动的不稳定风险） 2、推荐如下几种开机方式： （1）开集驱动开机电路。 适合由主控MCU io口控制模块开机的方式。 注意： 三极管靠近模块放置，而且三极管集电极和PWRKEY之间无需串联电阻（模块内部已经串联5.6K电阻） （2）按键开机方式。 适合于Air780EPM做主控的方式，比如open 二次开发方式。 注意：由于按键机械接触的方式，容易产生尖峰电压，还是建议做TVS防护，比如加TVS管，TVS管的选型上并没有太严格的要求，以通用和成本做考虑，可以选择工作电压5V的TVS。比如：PESDNC2FD5VU（芯导）；ESD5311N-2/TR（韦尔）; PESD5V0S1BLN（伯恩半导体） （3）PWRKEY接地方式。 虽然Air780EPM不支持上电启动开机的方式，但是可以将PWRKEY直接接地的方式来变相实现上电开机的目的。但是这种方式有个缺点，毕竟是硬件实现的上电开机，会导致模块VBAT电压在关机电压临界点时（比如用电池供电，低电量情况下），会出现反复上电开关机的情况，进一步将电池放电。 注意：上图PWRKEY串联0欧姆只是为了调试方便进行预留，直接PWRKEY接也不会有问题。 （4）复位管脚RESET_N处于释放状态（没有被外部拉低） 。复位管脚RESET_N为硬件关机功能，（并不能直接让模块重启）在复位管脚拉低（拉低时间建议大于500ms）关机后，还需要PWERKEY触发开机动作。当然如果采用的是PWRKEY接地方式，操作RESET_N也能变相实现模块复位重启的效果。 RESET_N管脚与PWRKEY管脚类似，由模块内部拉高， 外部禁止任何形式的外部拉高 。 如若RESET_N管脚一直被外部拉低且不被释放，模块则一直处于复位状态，不能正常启动，因此复位管脚也要作为模块不启动的排查对象。 RESET_N也有如下几种操作方式： 注意： 如果PCB上RESET_N走线台词，建议在靠近模块端预留对地的100pf滤波电容 - USB_BOOT管脚处于悬空或拉低状态 。USB_BOOT是模块进入下载模式的控制管脚，必须在模块开机启动时USB_BOOT管脚处于高状态（通常会用VDD_EXT管脚来拉高），才会让系统进入下载模式。进入下载模式后，不会相应外部AT指令。误入下载模式后，会容易误认为不开机。 二、总结 模块的上电开机，是硬件设计调试的第一步，引出遇到模块开机问题，可以参考以上开机条件进行逐一排查。在前期设计接地，也要根据这些要求来优化外部电路设计（尤其是电源部分）

下文将详细阐述Air8100的升级规划。一起来看看吧！ 一、升级规划总体思路 1.1 Air8100定位： 在Air8101的基础上，集成更多功能模块（如： 4G Cat.1、TTS、GNSS、以太网PHY芯片等 ），满足中高端市场需求。 通过模块化设计，降低用户硬件开发难度，缩短产品上市时间。 支持更多AI功能（如： 语音识别、人脸识别等 ），提升产品价值。 1.2 Air8100的下一代产品定位： 面向高性能需求场景，支持1080P分辨率LCD显示、H265编解码、多摄像头同时工作、双向视频通话等功能。 提供更强的AI计算能力，支持复杂AI应用（如： 车牌识别、图像分类、动作识别等 ）。 1.3 总体目标： 通过Air8101、Air8100及其下一代产品的组合，覆盖从入门级到高端市场的全系列需求。 提升产品的竞争力，为客户创造更多的价值。 二、Air8100及其下一代产品定义 ▼ Air8100产品定义 ▼ Air8100将在Air8101的基础上，通过集成更多功能模块，实现功能的全面升级。 具体产品定义如下： 支持Air8101的所有功能； 支持4G： 集成Cat.1芯片，支持4G通信，VoLTE和TTS； 语音识别： 集成离线语音识别芯片，并且支持芯片的远程固件升级。 矢量字库： 集成矢量字库芯片，支持多种字号的显示需求。 GNSS/北斗定位： 集成GNSS或单北斗定位芯片，满足定位需求。 以太网PHY： 集成以太网PHY芯片，更方便的支持百兆以太网通信。 充电管理： 集成充电管理功能，支持多种电池供电场景。 RGB转MIPI： 集成RGB转MIPI芯片，支持10.1寸主流显示屏（1280x800分辨率或1280x720分辨率）。 AI人脸识别： 集成人脸识别芯片，支持人脸检测与识别。 硬件尺寸优化： 通过高度集成，缩小硬件尺寸，降低用户设计难度。 ▼ Air8100的下一代产品定义 ▼ 在Air8100的基础上，将面向更高性能需求，提供更强的计算能力和更丰富的功能支持。 具体产品定义如下： 1080P分辨率LCD显示支持： 1080P分辨率显示，满足高分辨率HMI需求； LVDS和MIPI接口，兼容更多高分辨率显示屏。 H265编解码： 支持H265硬件编解码，提升视频处理效率。 支持双向视频通话功能； 多摄像头支持： 支持双摄像头同时工作，满足多视角监控需求。 AI计算能力： 集成高性能AI芯片，支持复杂AI应用（如车牌识别、图像分类、动作识别等）。 更强的视频录制能力： 支持更高像素的视频录制，例如200W/500W等。 三、新品规划小结 Air8100及其下一代产品的总体规划，旨在通过功能升级和性能提升，满足不断变化的市场需求。 Air8100将作为中高端市场的核心产品，提供全面的功能支持； 而其下一代产品则面向高性能需求场景，提供更强的计算能力和扩展性。 通过这一升级规划，将进一步巩固在工业引擎市场的领先地位，为广大用户提供更优质的产品和服务。