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一、緒論

Air724UG是一款基于紫光展銳UIS8910DM平臺設計的LTE Cat 1無線通信模組。支持FDD-LTE/TDD-LTE的4G遠距離通訊和Bluetooth近距離無線傳輸技術，支持 WiFi Scan 和 WiFi 定位，支持VoLTE、Audio、Camera、LCD、Keypad等功能。另外，模組提供了USB/UART/SPI/I2C/SDIO等通用接口滿足IoT行業的各種應用訴求。

Air724UG 支持Luat二次開發。下圖為Air724UG模塊功能框圖：

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二、綜述

2.1 型號信息

表格 1：模塊型號列表

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2.2 主要性能

表格 2：模塊主要性能

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三、應用接口

模塊采用LCC封裝，117個SMT焊盤管腳，以下章節將詳細闡述Air724UG各接口的功能

3.1 管腳描述

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3.2 工作模式

下表簡要的敘述了接下來幾章提到的各種工作模式。

表格 5：工作模式

具體的功耗數據請查詢 5.4 功耗 章節。

3.3 電源供電

3.3.1 模塊電源工作特性

在模塊應用設計中，電源設計是很重要的一部分。由于LTE射頻工作在最大發射功率時會有約700mA的持續 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，但是模塊在射頻發射時通常會在VBAT電源上產生電源電壓跌落現象，這是由于電源或者走線路徑上的阻抗導致，一般難以避免。因此在設計上要特別注意模塊的電源設計， 在VBAT輸入端，建議并聯一個低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走線盡量短且足夠寬，減小VBAT走線的等效阻抗，確保在最大發射 功率時大電流下不會產生太大的電壓跌落。建議VBAT走線寬度不少于1mm，并且走線越長，線寬越寬。

圖表 3：VBAT 輸入參考電路

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3.3.3 供電參考電路

電源設計對模塊的供電至關重要，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，則推薦使用開關電源轉換器以提高電源轉換效率。

LDO供電：

下圖是5V供電的參考設計，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定，建議在輸出端預留一個穩壓管，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以上的穩壓管。

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圖表 4：供電輸入參考設計

DC-DC 供電：

下圖是 DC-DC 開關電源的參考設計，采用的是杰華特公司的 JW5033S 開關電源芯片，它的最大輸出電流是 2A，輸入電壓范圍 3.7V~18V。注意 C25 的選型要根據輸入電壓來選擇合適的耐壓值。

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圖表 6：DCDC 供電輸入參考設計

由于DC-DC 芯片對布局和走線有要求，為了簡化設計，也可以采用合宙推出的JW5033S 電源模塊：

Air5033S 來給 4G 模塊供電，只需要外加兩顆濾波電容即可，參考電路如下：

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圖表 6：Air5033S 供電輸入參考設計

3.4 開關機

3.4.1 開機

在VBAT供電后，可以通過如下三種方式來觸發Air724UG開機

1. 把 PWRKEY 拉低1.2秒以上
2. 給 VBUS 管腳供電，來觸發充電開機（AT固件不支持）
3. RTC 定時開機（AT固件不支持）

3.4.1.1 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1.2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置的開機電壓（3.1V），會繼續開機動作直至系統開機完 成；否則，會停止執行開機動作，系統會關機，開機成功后PWRKEY管腳可以釋放。可以通過檢測 V_GLOBAL_1V8 管腳的電平來判別模塊是否開機。推薦使用開集驅動電路來控制PWRKEY管腳。下圖為參考電路：

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圖表 5：開集驅動參考開機電路

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

圖表 6：按鍵開機參考電路

按鍵開機時序圖：

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3.4.1.2 上電開機

將模塊的PWRKEY 直接接地可以實現上電自動開機功能。需要注意，在上電開機模式下，將無法關機，只要 VBAT 管腳的電壓大于開機電壓即使軟件調用關機接口，模塊仍然會再開機起來。另外，在此模式下，要想成功開機起來 VBAT 管腳電壓仍然要大于軟件設定的開機電壓值（3.1V），如果不滿足，模塊會關閉，就會出現反復開關機的情況。

對于用鋰電池或其他可充電電池供電的應用場景，推薦優先采用按鍵開機的方式。

如果要上電開機，除了要把 PWRKEY 拉低以外，還必須把 VBUS 管腳接到充電器上來觸發充電開機，或者在 VBUS 和 VBAT 之間加一個肖特基二極管來觸發充電開機，否則在鋰電池過放導致模塊低電壓關機后，在給鋰電池重新充電時因為電壓還不穩，而模塊只會檢測到一次 PWRKEY 拉低的中斷，會導致概率性無法開機。

增加這顆肖特基二極管后會增加約 0.6mA 的待機電流。

參考電路如下：

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3.4.2 關機

以下的方式可以關閉模塊：

• 正常關機：使用PWRKEY管腳關機
• 正常關機：通過AT指令AT+CPOWD關機
• 低壓自動關機：模塊檢測到低電壓時關機，可以通過AT指令 AT+CBC 來設置低電壓的門限值；

3.4.2.1 ****PWRKEY管腳關機

PWRKEY 管腳拉低 1.5s 以上時間，模塊會執行關機動作。

關機過程中，模塊需要注銷網絡，注銷時間與當前網絡狀態有關，經測定用時約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據。

3.4.2.2 低電壓自動關機

模塊在運行狀態時當 VBAT 管腳電壓低于軟件設定的關機電壓時（默認設置 3.1V），軟件會執行關機動作關閉模塊，以防低電壓狀態下運行出現各種異常。

3.4.3 復位

RESET_IN_N 引腳可用于使模塊復位。拉低 RESET_IN_N 引腳 100ms 以上可使模塊復位。RESET_IN_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盡量的短，且需包地處理。

參考電路：

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備注：

1 . 復位功能建議僅在AT+CPOWD 和PWRKEY 關機失敗后使用。

3.5 串口

模塊提供了五個通用異步收發器：主串口 UART1、校準串口 UART2、通用串口 UART3、調試串口 HOST UART

和 ZSP UART。

3.5.1 UART1

表格 6：UART1 管腳定義

對于 Luat 開發方式，UART1 可以用作一個通用的串口來連接其他的串口設備。

對于AT 開發方式，UART1 用來進行 AT 指令通訊。UART1 支持固定波特率和自適應波特率。自適應波特率支持范圍 9600bps 到 115200bps。

在默認情況下，模塊的硬件流控是關閉的。當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” 可以用來關閉流控。具體請參考《AirM2M 無線模塊 AT 命令手冊》。

UART1 的特點如下：

• 包括數據線TXD和RXD，硬件流控控制線RTS和CTS。
• 8個數據位，無奇偶校驗，一個停止位。
• 硬件流控默認關閉。
• 用以AT命令傳送，數傳等。
• 支持波特率如下：1200,2400,4800,9600,14400,19200,28800,38400,57600,115200,230400,460800,921600bps
• AT指令版本默認情況下模塊是自適應波特率(AT+IPR=0)，在自適應波特率模式下，開機后初始化信息（開頭是“RDY”）不會回發給主控機。在模塊開機2-3秒后，可以給模塊發送AT命令。主控機需首先發送“AT”字符給模塊來訓練主控機的波特率，此時模塊會上報初始化信息，表明訓練成功。用戶可以發送一個“AT+IPR=x :&W”命令給模塊（x是波特率，比如9600），此命令的作用是設置一個固定的波特率并保存，在完成這些配置之后，每次模塊開機以后，會自動串口返回URC初始化信息（開頭是“RDY”）。

為了更好的使用自適應波特率功能，以下的使用條件需要注意：

模塊和上位機之間同步：

自適應波特率功能開啟情況下，當模塊上電，在發送“AT”字符前最好等待 2~3 秒鐘。當模塊上報開機初始化信息，表明波特率訓練成功，和上位機完成了同步。

在自適應波特率模式下，主控器如果需要開機信息，必須首先進行同步。否則開機初始化信息將不會上報。

自適應波特率操作配置：

• 串口配置為8位數據位，無奇偶校驗位，1位停止位（出廠配置）
• 模塊開機時只有字符串“AT”可以訓練波特率。（“at”、“At”或者“aT”無法被識別）
• 波特率訓練成功后，可以識別大寫、小寫或大小寫組合的AT命令。
• 不推薦在固定波特率模式時切換到自適應波特率模式。
• 在自適應波特率模式下，不推薦切換到軟件多路復用模式。

3.5.2 UART2

表格 7：UART2 管腳定義

UART2 可以用來射頻校準，同時UART2 還用來和內部的藍牙進行通訊，如果用到了藍牙功能，則UART2 不可再用作其他用途。

注意：UART2 在開機后會自動打印一段log，波特率921600，這段log不能通過修改軟件來關閉，推薦優先使用

UART1 和 UART3

UART2打印的Log如下：

RDA8910m Boot_ROM V1.0-17b887ec HW_CFG: 36

SW_CFG: 0

SE_CFG: 0

check flash img

load complete! checking......

Security Disabled Check uImage Done Run ...

3.5.3 UART3

可以用作外接GPS等外設。

3.5.4 ****HOSTUART

HOST UART 用來軟件調試時輸出 AP trace，建議預留測試點。

3.5.5 ****ZSPUART

ZSP UART 用來軟件調試時輸出 CP trace

3.5.6 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據量傳輸的可靠性，防止數據丟失。

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3.5.7 串口電壓轉換

Air724UG 模塊的串口電平都是 1.8V 的，如果要和 3.3V/5V 的MCU 或其他串口外設通信，必須要加電平轉換電路：

電平轉換參考電路如下：

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注意此電平轉換電路不適用波特率高于 460800 bps 的應用；

圖中 V_GLOBAL_1V8 是模塊輸出的 I/O 參考電壓。VDD_MCU 是客戶端的 I/O 參考電壓。

D2 必須選用低導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 的應用，可以通過外加電平轉換芯片來實現電壓轉換，參考電路如下：

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此電路采用的是電平轉換芯片是TI 的TXS0108E， 8 位雙向電壓電平轉換器，適用于漏極開路和推挽應用， 最大支持速率：

推挽：110Mbps 開漏：1.2Mbps

3.6 USB****接口

Air724UG 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。

表格 8：USB 管腳定義

USB接口參考設計電路如下：

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圖表 9：USB 接口參考設計

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 插入檢測，必須連接USB 電源或者外接電源，否則USB 無法被檢測到，VBUS 的檢測電壓要大于 3.3V

3.7 USB下載模式****

Air724UG 模塊有兩種方式可以進入 USB 下載模式：

1. 在開機之前，把USB_BOOT/KEYIN0 上拉到 V_GLOBAL_1V8
2. 在開機之前，把USB_BOOT/KEYIN0 和 KEYOUT0 短接在一起

建議給USB_BOOT/KEYIN0 和 V_GLOBAL_1V8 預留測試點，方便下載調試使用。

在帶有矩陣掃描鍵盤的應用中，建議把USB_BOOT/KEYIN0 和 KEYOUT0 組成的按鍵接出來，以方便進行整機燒錄的操作。

模塊進入USB 下載模式后會枚舉出下圖所示的端口：

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Air724UG 還有一種方式會進入調試模式：在開機之前，把KEYIN1 上拉到 V_GLOBAL_1V8；進入調試模式后USB 枚舉出來的端口和USB 下載模式的端口是一樣的。

進入調試模式后將無法正常開機，故正常開機請不要把 KEYIN1 上拉到 V_GLOBAL_1V8

今天先分享到這里，后面繼續分享。

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