一、绪论
Air724UG是一款基于紫光展锐UIS8910DM平台设计的LTE Cat 1无线通信模组。支持FDD-LTE/TDD-LTE的4G远距离通讯和Bluetooth近距离无线传输技术，支持 WiFi Scan 和 WiFi 定位，支持VoLTE、Audio、Camera、LCD、Keypad等功能。另外，模组提供了USB/UART/SPI/I2C/SDIO等通用接口满足IoT行业的各种应用诉求。
Air724UG 支持Luat二次开发。下图为Air724UG模块功能框图：
二、综述
2.1 型号信息
表格 1：模块型号列表
2.2 主要性能
表格 2：模块主要性能
三、应用接口
模块采用LCC封装，117个SMT焊盘管脚，以下章节将详细阐述Air724UG各接口的功能
3.1 管脚描述
3.2 工作模式
下表简要的叙述了接下来几章提到的各种工作模式。
表格 5：工作模式
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模式 |
功能 |
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正常工作 |
SLEEP |
在模块没有任何任务处理则会自动进入睡眠模式。睡眠模式下，模块的功耗会降到非常低，但模块仍然能够收发数据、短消息和来电。 |
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IDLE |
软件正常运行。模块注册上网络，没有数据，语音和短信交互。 |
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TALK/Data |
连接正常工作。有数据或者语音或者短信交互。此模式下，模块功耗取决于环境信号的强弱，动态DTX 控制以及射频工作频率。 |
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关机模式 |
此模式下PMU停止给基带和射频供电，软件停止工作，串口不通，但VBAT管脚依然通电 |
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最少功能模式(保持供电电压） |
AT+CFUN=0 可以将模块设置为最少功能模式 此模式下，射频和SIM卡都不工作，但是串口仍然可以访问 |
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飞行模式 |
AT+CFUN=4 可以将模块设置为飞行模式，此模式下模块射频不工作 |
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具体的功耗数据请查询 5.4 功耗 章节。
3.3 电源供电
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管脚名 |
类型 |
序号 |
描述 |
|
VBAT |
PI |
59，60 |
模块主电源，供电范围3.3V~4.3V |
3.3.1 模块电源工作特性
在模块应用设计中，电源设计是很重要的一部分。由于LTE射频工作在最大发射功率时会有约700mA的持续 工作电流，电源必须能够提供足够的电流，不然有可能会引起供电电压的跌落甚至模块直接掉电重启。
3.3.2 减小电压跌落
模块电源VBAT电压输入范围为3.3V~4.3V，但是模块在射频发射时通常会在VBAT电源上产生电源电压跌落现象，这是由于电源或者走线路径上的阻抗导致，一般难以避免。因此在设计上要特别注意模块的电源设计， 在VBAT输入端，建议并联一个低ESR(ESR=0.7Ω)的100uF的钽电容，以及100nF、33pF、10pF滤波电容，VBAT输入 端参考电路如图4所示。并且建议VBAT的PCB走线尽量短且足够宽，减小VBAT走线的等效阻抗，确保在最大发射 功率时大电流下不会产生太大的电压跌落。建议VBAT走线宽度不少于1mm，并且走线越长，线宽越宽。
图表 3：VBAT 输入参考电路
3.3.3 供电参考电路
电源设计对模块的供电至关重要，必须选择能够提供至少1A电流能力的电源。若输入电压跟模块的供电电 压的压差小于2V，建议选择LDO作为供电电源。若输入输出之间存在的压差大于2V，则推荐使用开关电源转换器以提高电源转换效率。
LDO供电：
下图是5V供电的参考设计，采用了Micrel公司的LDO，型号为MIC29302WU。它的输出电压是4.16V，负载电 流峰值到3A。为确保输出电源的稳定，建议在输出端预留一个稳压管，并且靠近模块VBAT管脚摆放。建议选择 反向击穿电压为5.1V，耗散功率为1W以上的稳压管。
图表 4：供电输入参考设计
DC-DC 供电：
下图是 DC-DC 开关电源的参考设计，采用的是杰华特公司的 JW5033S 开关电源芯片，它的最大输出电流是 2A，输入电压范围 3.7V~18V。注意 C25 的选型要根据输入电压来选择合适的耐压值。
图表 6：DCDC 供电输入参考设计
由于DC-DC 芯片对布局和走线有要求，为了简化设计，也可以采用合宙推出的JW5033S 电源模块：
Air5033S 来给 4G 模块供电，只需要外加两颗滤波电容即可，参考电路如下：
图表 6：Air5033S 供电输入参考设计
3.4 开关机
3.4.1 开机
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管脚名 |
类型 |
序号 |
描述 |
|
PWRKEY |
DI |
68 |
模块开机/关机控制脚， 内部上拉到VBAT |
|
VBUS |
DI |
14 |
USB插入检测，Vmax=5.25V Vmin=3.3V Vnorm=5.0V Luat固件可触发充电开机 |
在VBAT供电后，可以通过如下三种方式来触发Air724UG开机
- 把 PWRKEY 拉低1.2秒以上
- 给 VBUS 管脚供电，来触发充电开机（AT固件不支持）
- RTC 定时开机（AT固件不支持）
3.4.1.1 PWRKEY 管脚开机
VBAT上电后，可以通过PWRKEY管脚启动模块，把PWRKEY管脚拉低1.2秒以上之后模块会进入开机流程，软 件会检测VBAT管脚电压，若VBAT管脚电压大于软件设置的开机电压（3.1V），会继续开机动作直至系统开机完 成；否则，会停止执行开机动作，系统会关机，开机成功后PWRKEY管脚可以释放。可以通过检测 V_GLOBAL_1V8 管脚的电平来判别模块是否开机。推荐使用开集驱动电路来控制PWRKEY管脚。下图为参考电路：
图表 5：开集驱动参考开机电路
另一种控制PWRKEY管脚的方法是直接使用一个按钮开关。按钮附近需放置一个TVS管用以ESD保护。下图 为参考电路：
图表 6：按键开机参考电路
按键开机时序图：
3.4.1.2 上电开机
将模块的PWRKEY 直接接地可以实现上电自动开机功能。需要注意，在上电开机模式下，将无法关机，只要 VBAT 管脚的电压大于开机电压即使软件调用关机接口，模块仍然会再开机起来。另外，在此模式下，要想成功开机起来 VBAT 管脚电压仍然要大于软件设定的开机电压值（3.1V），如果不满足，模块会关闭，就会出现反复开关机的情况。
对于用锂电池或其他可充电电池供电的应用场景，推荐优先采用按键开机的方式。
如果要上电开机，除了要把 PWRKEY 拉低以外，还必须把 VBUS 管脚接到充电器上来触发充电开机，或者在 VBUS 和 VBAT 之间加一个肖特基二极管来触发充电开机，否则在锂电池过放导致模块低电压关机后，在给锂电池重新充电时因为电压还不稳，而模块只会检测到一次 PWRKEY 拉低的中断，会导致概率性无法开机。
增加这颗肖特基二极管后会增加约 0.6mA 的待机电流。
参考电路如下：
3.4.2 关机
以下的方式可以关闭模块：
- 正常关机：使用PWRKEY管脚关机
- 正常关机：通过AT指令AT+CPOWD关机
- 低压自动关机：模块检测到低电压时关机，可以通过AT指令 AT+CBC 来设置低电压的门限值；
3.4.2.1 PWRKEY 管脚关机
PWRKEY 管脚拉低 1.5s 以上时间，模块会执行关机动作。
关机过程中，模块需要注销网络，注销时间与当前网络状态有关，经测定用时约2s~12s，因此建议延长12s 后再进行断电或重启，以确保在完全断电之前让软件保存好重要数据。
3.4.2.2 低电压自动关机
模块在运行状态时当 VBAT 管脚电压低于软件设定的关机电压时（默认设置 3.1V），软件会执行关机动作关闭模块，以防低电压状态下运行出现各种异常。
3.4.3 复位
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管脚名 |
类型 |
序号 |
电压域 |
描述 |
|
RESET_IN_N |
DI |
1 |
VBAT |
模块复位输入，低有效；内部上拉到VBAT |
RESET_IN_N 引脚可用于使模块复位。拉低 RESET_IN_N 引脚 100ms 以上可使模块复位。RESET_IN_N 信号对干扰比较敏感， 因此建议在模块接口板上的走线应尽量的短，且需包地处理。
参考电路：
备注：
1 . 复位功能建议仅在AT+CPOWD 和PWRKEY 关机失败后使用。
3.5 串口
模块提供了五个通用异步收发器：主串口 UART1、校准串口 UART2、通用串口 UART3、调试串口 HOST UART
和 ZSP UART。
3.5.1 UART1
表格 6：UART1 管脚定义
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管脚名 |
类型 |
序号 |
电压域 |
描述 |
|
UART1_TXD |
DO |
36 |
V_GLOBAL_1V8 |
UART1 发送数据 |
|
UART1_RXD |
DI |
35 |
V_GLOBAL_1V8 |
UART1 接收数据 |
|
UART1_RTS |
DO |
37 |
V_GLOBAL_1V8 |
流控管脚，UART1 请求发送数据 |
|
UART1_CTS |
DI |
38 |
V_GLOBAL_1V8 |
流控管脚，UART1 清除发送 |
对于 Luat 开发方式，UART1 可以用作一个通用的串口来连接其他的串口设备。
对于AT 开发方式，UART1 用来进行 AT 指令通讯。UART1 支持固定波特率和自适应波特率。自适应波特率支持范围 9600bps 到 115200bps。
在默认情况下，模块的硬件流控是关闭的。当客户需要硬件流控时，管脚 RTS,CTS 必须连接到客户端，AT 命令“AT+IFC=2,2”可以用来打开硬件流控。AT 命令“AT+IFC=0,0”可以用来关闭流控。具体请参考《AirM2M 无线模块 AT 命令手册》。
UART1 的特点如下：
- 包括数据线TXD和RXD，硬件流控控制线RTS和CTS。
- 8个数据位，无奇偶校验，一个停止位。
- 硬件流控默认关闭。
- 用以AT命令传送，数传等。
- 支持波特率如下：1200,2400,4800,9600,14400,19200,28800,38400,57600,115200,230400,460800,921600bps
- AT指令版本默认情况下模块是自适应波特率(AT+IPR=0)，在自适应波特率模式下，开机后初始化信息（开头是“RDY”）不会回发给主控机。在模块开机2-3秒后，可以给模块发送AT命令。主控机需首先发送“AT”字符给模块来训练主控机的波特率，此时模块会上报初始化信息，表明训练成功。用户可以发送一个“AT+IPR=x :&W”命令给模块（x是波特率，比如9600），此命令的作用是设置一个固定的波特率并保存，在完成这些配置之后，每次模块开机以后，会自动串口返回URC初始化信息（开头是“RDY”）。
为了更好的使用自适应波特率功能，以下的使用条件需要注意：
模块和上位机之间同步：
自适应波特率功能开启情况下，当模块上电，在发送“AT”字符前最好等待 2~3 秒钟。当模块上报开机初始化信息，表明波特率训练成功，和上位机完成了同步。
在自适应波特率模式下，主控器如果需要开机信息，必须首先进行同步。否则开机初始化信息将不会上报。
自适应波特率操作配置：
- 串口配置为8位数据位，无奇偶校验位，1位停止位（出厂配置）
- 模块开机时只有字符串“AT”可以训练波特率。（“at”、“At”或者“aT”无法被识别）
- 波特率训练成功后，可以识别大写、小写或大小写组合的AT命令。
- 不推荐在固定波特率模式时切换到自适应波特率模式。
- 在自适应波特率模式下，不推荐切换到软件多路复用模式。
3.5.2 UART2
表格 7：UART2 管脚定义
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管脚名 |
类型 |
序号 |
电压域 |
描述 |
|
UART2_TXD |
DO |
4 |
V_GLOBAL_1V8 |
UART2 发送数据 |
|
UART2_RXD |
DI |
3 |
V_GLOBAL_1V8 |
UART2 接收数据 |
UART2 可以用来射频校准，同时UART2 还用来和内部的蓝牙进行通讯，如果用到了蓝牙功能，则UART2 不可再用作其他用途。
注意：UART2 在开机后会自动打印一段log，波特率921600，这段log不能通过修改软件来关闭，推荐优先使用
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
|
管脚名 |
类型 |
序号 |
电压域 |
描述 |
|
UART3_TXD |
DO |
90 |
V_GLOBAL_1V8 |
UART3 发送数据 |
|
UART3_RXD |
DI |
89 |
V_GLOBAL_1V8 |
UART3 接收数据 |
可以用作外接GPS等外设。
3.5.4 HOST UART
|
管脚名 |
类型 |
序号 |
电压域 |
描述 |
|
HOST_TXD |
DO |
5 |
V_GLOBAL_1V8 |
调试串口，输出 AP log，波特率 921600bps |
|
HOST_RXD |
DI |
6 |
V_GLOBAL_1V8 |
调试串口，接收调试指令 |
HOST UART 用来软件调试时输出 AP trace，建议预留测试点。
3.5.5 ZSP UART
|
管脚名 |
类型 |
序号 |
电压域 |
描述 |
|
ZSP_UART_TXD |
DO |
7 |
V_GLOBAL_1V8 |
调试串口，输出 CP log，波特率 8Mbps |
ZSP UART 用来软件调试时输出 CP trace
3.5.6 串口连接方式
串口的连接方式较为灵活，如下是三种常用的连接方式。 三线制的串口请参考如下的连接方式：
带流控的串口连接请参考如下电路连接，此连接方式可提高大数据量传输的可靠性，防止数据丢失。
3.5.7 串口电压转换
Air724UG 模块的串口电平都是 1.8V 的，如果要和 3.3V/5V 的MCU 或其他串口外设通信，必须要加电平转换电路：
电平转换参考电路如下：
注意此电平转换电路不适用波特率高于 460800 bps 的应用；
图中 V_GLOBAL_1V8 是模块输出的 I/O 参考电压。VDD_MCU 是客户端的 I/O 参考电压。
D2 必须选用低导通压降的肖特基二极管。
肖特基二极管以及 NPN 三极管的推荐型号如下：
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物料名称 |
型号 |
厂商 |
描述 |
|
肖特基二极管 |
RB521S-30 |
江苏长电 |
Schottky Diode;30V;200mA;SOD523;1.6*0.8*0.6mm |
|
PSB521S-30 |
上海智晶 |
Schottky Diode;30V;200mA;SOD523;1.6*0.8*0.6mm |
|
|
LRB521S-30T1 G |
LRC |
Schottky Diode;30V;200mA;SOD523;1.6*0.8*0.6mm |
|
|
PSBD521S-30 |
Prisemi |
Schottky Diode;30V;200mA;SOD523;1.6*0.8*0.6mm |
|
|
NPN 三极管 |
MMBT3904 |
江苏长电 |
Transistor;NPN;40V;200mA;SOT23;1.1mm;ROHS |
|
MMBT3904 |
上海智晶 |
Transistor;NPN;40V;200mA;SOT23;1.1mm;ROHS |
|
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LMBT3904LT1G |
LRC |
Transistor;NPN;40V;200mA;SOT23;1.1mm;ROHS |
对于波特率高于 460800bps 的应用，可以通过外加电平转换芯片来实现电压转换，参考电路如下：
此电路采用的是电平转换芯片是TI 的TXS0108E， 8 位双向电压电平转换器，适用于漏极开路和推挽应用， 最大支持速率：
推挽：110Mbps 开漏：1.2Mbps
3.6 USB 接口
Air724UG 的USB 符合USB2.0 规范，支持高速（480Mbps）、全速（12Mbps）模式和低速（1.2Mbps） 模式。USB 接口可用于AT 命令传送，数据传输，软件调试和软件升级。
表格 8：USB 管脚定义
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管脚名 |
类型 |
序号 |
描述 |
|
USB_DP |
IO |
16 |
USB 差分信号正，走线需控制 90 欧姆差分阻抗 |
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USB_DM |
IO |
15 |
USB 差分信号负，走线需控制 90 欧姆差分阻抗 |
|
VBUS |
DI |
14 |
USB 插入检测, Vmax=5.25V Vmin=3.3V Vnorm=5.0V , Luat 固件可触发充电开机 |
|
GND |
|
17 |
参考地 |
USB接口参考设计电路如下：
图表 9：USB 接口参考设计
- USB 走线需要严格按照差分线控制，做到平行和等长；
- USB 走线的阻抗需要控制到差分 90 欧姆；
- 需要尽可能的减少USB 走线的stubs，减少信号反射；USB 信号的测试点最好直接放在走线上以减少stub；
- 尽可能的减少USB 走线的过孔数量；
- 在靠近USB 连接器或者测试点的地方添加 TVS 保护管，由于USB 的速率较高，需要注意TVS 管的选型，保证选用的TVS 保护管的寄生电容小于 1pF
- VBUS 作为USB 插入检测，必须连接USB 电源或者外接电源，否则USB 无法被检测到，VBUS 的检测电压要大于 3.3V
3.7 USB 下载模式
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管脚名 |
类型 |
序号 |
电压域 |
描述 |
|
USB_BOOT KEYIN0 |
DI |
66 |
V_GLOBAL_1V8 |
在开机之前上拉到 V_GLOBAL_1V8，模块会强行进入 USB 下载模式 ，USB_BOOT 和 V_GLOBAL_1V8 须留测试点，方便后续升级软件 |
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V_GLOBAL_1V8 |
PO |
65 |
V_GLOBAL_1V8 |
输出 1.8V，IOmax=50mA |
|
KEYOUT0 |
DO |
96 |
V_GLOBAL_1V8 |
扫描键盘输出 0 |
|
KEYIN1 |
DI |
91 |
V_GLOBAL_1V8 |
扫描键盘输入 1 |
Air724UG 模块有两种方式可以进入 USB 下载模式：
- 在开机之前，把USB_BOOT/KEYIN0 上拉到 V_GLOBAL_1V8
- 在开机之前，把USB_BOOT/KEYIN0 和 KEYOUT0 短接在一起
建议给USB_BOOT/KEYIN0 和 V_GLOBAL_1V8 预留测试点，方便下载调试使用。
在带有矩阵扫描键盘的应用中，建议把USB_BOOT/KEYIN0 和 KEYOUT0 组成的按键接出来，以方便进行整机烧录的操作。
模块进入USB 下载模式后会枚举出下图所示的端口：
Air724UG 还有一种方式会进入调试模式：在开机之前，把KEYIN1 上拉到 V_GLOBAL_1V8；进入调试模式后USB 枚举出来的端口和USB 下载模式的端口是一样的。
进入调试模式后将无法正常开机，故正常开机请不要把 KEYIN1 上拉到 V_GLOBAL_1V8
今天先分享到这里，后面继续分享。
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