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CBx 系列模组

更新时间:2023-05-10 09:35:15下载pdf

本文主要介绍了涂鸦 CBx 系列模组在实现 MCU 串口通信开发时需要了解的相关信息。

模组介绍

CBU、CB1S、CB3S、CB3L 等 CBx 系列模组是支持 Wi-Fi 和低功耗蓝牙双模的嵌入式模组。这些模组支持 AP 和 STA 双角色连接,并同时支持低功耗蓝牙连接。

MCU 串口协议

模组与 MCU 串口通信

  • 模组与 3.3V MCU 配合处理模式

    CBx 系列模组
  • 模组与 5V MCU 配合处理模式

    下图中,电平转换器可以通过双向电平转换芯片实现,也可通过 MOS 管或三极管电路实现。

    CBx 系列模组

电平转换电路参考

  • NMOS 管转换电路参考,本示例利用 NMOS 管和内嵌的体二极管实现数据的双向通信:

    CBx 系列模组
  • NPN 三极管转换电路参考,本示例利用 NPN 三极管实现数据的单向通信:

    CBx 系列模组

设计说明

串口对应关系

可用串口实现与 MCU 通信的 CBx 系列模组及对应的串口位号如下表所示:

模组型号 输入电压(TYP) 输入电流(MAX) TX 引脚号 TX 丝印 RX 引脚号 RX 丝印
CBU 3.3V 380mA 15 TX1 16 RX1
CBU-IPEX 3.3V 380mA 15 TX1 16 RX1
CB1S 3.3V 342mA 2 TXD1 3 RXD1
CB3S 3.3V 342mA 16 TXD1 15 RXD1
CB3L 3.3V 380mA 16 TXD1 15 RXD1
CB2S 3.3V 342mA 7 TX1 5 RX1
CB8P 3.3V 380mA 9 TX1 10 RX1

模组电源相关

  • 参考上表,建议给模组 3.3V 的供电电流大于输入的最大电流值,且外部滤波电容总容量大于 10uF。
  • 模组电源引脚的滤波电容 C1 和 C2 尽量靠近电源引脚放置。

模组引脚相关

  • 模组启动瞬间 5ms 内(程序加载启动前),IO 存在不可控高电平。如果应用有影响,建议加 4.7K 下拉电阻。
  • 模组的复位引脚或使能引脚是硬件复位引脚,在模组内部已经配置弱上拉,不使用可做悬空处理。如果模组配过网,不能通过该引脚清除配网信息。
  • 模组的 CSN 引脚是模式选择脚,上电前拉低进入测试固件,悬空或拉高进入应用固件。对应 IC 的 P21。正常使用时,不推荐作为 GPIO 口使用,引脚可以悬空或加上拉电阻。
  • 其他未使用引脚都可做悬空处理。
  • 具体的引脚信息可参考对应的模组规格书。

模组上电时序

  • 每次上电时,模组 GPIO 口引脚的高电平电压的建立时间 t2,必须大于或等于模组电源引脚的电压的建立时间 t1。如下图:

    CBx 系列模组
  • 如果模组 GPIO 引脚高电平电压的建立时间 t2,小于模组电源引脚电压的建立时间 t1,可能会引起模组无法启动。

    • 能够让模组恢复到正常状态的方式:通过对模组的硬件复位引脚(RST/CEN)拉低 1 ms 后,再拉高,实现模组重启。
    • 不能让模组恢复到正常状态的方式:通过反复对模组电源引脚的通电断电。

天线净空说明

  • 天线辐射方向外壳不可使用金属材质、或在塑料壳体表面使用含有金属成分的喷漆和镀层。天线周围避免使用金属螺丝、金属铆钉或其他金属器件影响天线的辐射。

  • 顶盖到天线的距离会影响天线的性能,外壳距离天线越远,性能影响越小。

    CBx 系列模组
  • 上下壳到天线的距离会影响天线的性能,外壳距离天线越远,性能影响越小。
    CBx 系列模组

  • 模组尽量远离喇叭、电源开关、摄像头、HDMI、USB 等其他高速信号设备,避免引起干扰。

  • 天线附近避免金属遮挡,如有同频信号干扰需充分评估保证隔离度。

天线放置方式

  • 水平放置

    模组建议放置在底板边缘,天线朝外,模组 GND 与底板 GND 平齐,并且充分连接。

    CBx 系列模组
  • 嵌入放置

    模组嵌入底板上,在底板上开槽,开槽深度要与模组 GND 齐平或更深,开槽宽度距离模组板边间隔不低于 15mm。

    如果开槽宽度继续加宽,性能相应提高,但相较于水平放置模式相对弱些。

    CBx 系列模组
  • 垂直放置

    模组垂直插入底板卡槽内,天线朝上,模组 GND 与底板 GND 充分连接。理想情况下,天线周围净空 ≥15mm。

低功耗设计

方式一:电源引脚通断电

该方式通过对模组电源引脚通断电的控制,实现整机低功耗。

CBx 系列模组
  • 原理:如图所示,MCU 通过 GPIO 口控制开关器件 S1,实现对模组的通断电操作。

    • 当数据需要上报时,GPIO 口控制开关器件 S1 导通,此时模组上电并建立串口通信连接,然后 MCU 通过模组将数据同步到云端和 App。
    • 当数据上报完成后,GPIO 口控制开关器件 S1 断开,此时模组断电并处于无功耗状态。
  • 缺点

    1. 当开关器件 S1 处在断开状态时,模组是处在断电状态的,模组的 TXD 引脚与 RXD 引脚和 MCU 的 RXD 引脚与 TXD 引脚仍处在常连接状态。
    2. 这时电源通过 MCU 的 UART 引脚流经模组的 UART 引脚,会电流倒灌到模组的 VCC 引脚。
    3. 模组的 TXD 引脚和 RXD 引脚电平还处于高电平,电流倒灌会造成模组功耗增加。
    4. 等下次 S1 导通至模组上电时,模组的 TXD 引脚和 RXD 引脚高电平的建立时间早于模组的电源引脚电压建立时间,造成模组死机。
  • 解决办法 1:硬件不做变更,MCU 软件实现优化。当 MCU 检测到数据上报云端和 App 的任务完成后,MCU 程序还需要按以下步骤操作。

    1. 先将 MCU 的 TXD 和 RXD 引脚设置为普通 IO 口,且是开漏状态(OPEN-DRAIN)或弱下拉状态。

    2. 再通过 GPIO 口控制 S1 断开,此时模组断电。

    3. 等下次需要上报数据时,MCU 先通过 GPIO 将 S1 导通,此时模组上电。

    4. MCU 再将 TXD 和 RXD 配置为 UART 功能,建立通信,上报数据。

      该方案不适用于 MCU 的串口引脚不能被配置为开漏状态,或弱下拉状态的情况。如果串口链路上有上拉电阻,则上拉电阻的一端需要连接到模组的 VCC 引脚上,或去掉上拉电阻。

  • 解决办法 2:MCU 软件不做变更,硬件上增加电平转换电路。电平转换电路可参考前文 电平转换电路参考,然后参考 模组与 MCU 串口通信 中的 3.3V MCU 示意图,将电平转换电路嵌入到串口链路上。

方式二:降低模组闲置时的功耗

通过对模组 CEN 或 RST 引脚拉低,降低模组不工作时的功耗来实现整机低功耗。

CBx 系列模组
  • 原理:如图所示,MCU 通过 GPIO 口控制模组的 CEN 或 RST 引脚,实现对模组的通断电操作。

    • 当数据需要上报时,GPIO 口输出高电平,模组上电,串口通信建立连接,MCU 通过模组将数据同步到云端和 App。
    • 当数据上报完成后,GPIO 口输出低电平,模组处在复位状态,模组低功耗。
  • 缺点:模组 CEN 或 RST 引脚内部有 10K 上拉电阻,当模组处在复位状态时,模组的输入电流仍有 330uA。

射频相关测试

由于天线对周围器件和外壳的距离比较敏感,因此建议完成整机测试后进行相关射频(RF)的测试验证产品 RF 的性能。下表格罗列了可测试的 RF 测试项目及指标。

测试项目 测试指标
室内环境拉距 ≥25m
室外空旷环境拉距 ≥75m
整机信令模式 TRP(测试模式为 11B 1Mbps) ≥10dBm
整机 TIS ≤-62dBm
  • 整机信令模式 TRP整机 TIS 测试项需要借助天线厂家或认证机构的暗室进行测试。
  • 以上测试项目适用大部分 Wi-Fi 产品,但可能不适用于一些特殊产品。