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LZ2x1系列模组硬件设计指南

更新时间:2022-05-20 05:51:59下载pdf

本文介绍了 LZ2x1 系列模组的硬件设计指导。

背景信息

适用范围

LZ2x1 系列模组硬件设计指南适用于 LZ201-CN、LZ211-CN、LZ201-EAU、LZ211-EAU 系列模组。

撰写目的

本文给 LZ2x1 系列模组产品使用者提供了设计开发依据,开发者可以对本产品有整体认识,对产品的技术参数有明确了解,并可在本文基础上顺利完成相关功能类产品或设备的应用开发。

本文旨在给开发者提供一个较为全面的设计参考。文中不仅提供了产品功能特点和技术参数,还提供了产品可靠性测试和相关测试标准、业务功能实现流程、射频性能指标以及开发者电路设计指导。

缩略语

缩略语 英文全称 中文解释
ESD Electro-Static Discharge 静电放电
USB Universal Serial Bus 通用串行总线
UART Universal Asynchronous Receiver Transmitter 通用异步收发器
SIM Subscriber Identification Module 用户识别模组
SPI Serial Peripheral Interface 串行外设接口
I2C Inter-Integrated Circuit 交互集成线路
I/O Input/output 输入/输出
GPIO General-purpose Input/output 通用输入输出接口
TDB To Be Determined 待定
RTC Real-Time Clock 实时时钟
ADC Analog-to-Digital Converter 模拟-数字转换器

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产品简介

LZ2x1 系列模组是由涂鸦智能开发的 LTE Cat.1 蜂窝网络模组。模组主要由一个高集成度的 LTE Cat.1 芯片 UIS8910DM 及其外围电路构成,内置了 LTE Cat.1 网络通信协议栈和丰富的库函数。
LZ2x1 系列模组内嵌 Cortex A5 应用处理器和 Cat.1bis 调制解调器,集成 64Mb Nor Flash,128Mb PSRAM,支持 USB、UART、SDIO、SPI、I2C、I2S 和 ADC 等接口,支持显示屏、摄像头、键盘矩阵、麦克风、喇叭、充电、MicroSD 卡和 USIM 卡等外设。

型号说明

频段 LZ201-CN LZ211-CN LZ201-EAU LZ211-EAU
LTE FDD Band 1, 3, 5, 8 Band 1, 3, 5, 8 Band 1, 3, 5, 7, 8, 20, 28A Band 1, 3, 5, 7, 8, 20, 28A
LTE TDD Band 34, 38, 39, 40, 41 Band 34, 38, 39, 40, 41 Band 38, 40, 41 Band 38, 40, 41
GSM 不支持 不支持 900/1800 900/1800
GNSS 不支持 支持 不支持 支持
BLE4.2 支持 支持 支持 支持
WIFI SCAN 支持 支持 支持 支持

产品特性

特性 描述
处理器 Cortex A5 应用处理器,主频 500MHz
供电电压范围 工作电压:3.4~4.3V
典型工作电压:3.8V
SIM 卡 支持 1.8V/3V
LTE-FDD Cat.1 数据速率 LTE-FDD:最大 10 Mbps(下行)/ 最大 5 Mbps(上行)
LTE-TDD Cat.1 数据速率 LTE-TDD:最大 8.2 Mbps(下行)/ 最大 3.4 Mbps(上行)
GSM 速率 GPRS: 85.6Kbps (下行)/85.6Kbps (上行)(multi-slot class 12)
蓝牙 BLE 4.2,可用于 APP 配网和蓝牙控制
Wi-Fi 仅支持 SCAN,可用于室内定位
天线 LTE 天线, BLE/Wi-Fi 天线,GNSS 天线
接口 1 个 USB2.0 接口,3 个 UART 接口,2 个 I2C 接口,1 个 PCM/I2S 接口,1 个 SDIO 接口,1 个 SPI 接口 ,3 个 ADC 接口
显示屏 SPI 显示屏,分辨率 QVGA 320x240,30FPS
摄像头 SPI/MIPI 摄像头,30 万像素
音频 1 路麦克风,1 路喇叭
Micro SD 支持
工作温度 正常工作温度:-30℃ ~ +75℃ 1 , 扩展工作温度:-40℃ ~ +85℃ 2
软件升级 USB、OTA 升级

说明
1 表示当模组工作在此温度范围时,模组的相关性能满足 3GPP 标准要求。
2 表示当模组工作在此温度范围时,模组仍能正常工作,仅个别射频指标可能略微超出 3GPP 规范要求。

模组外观

LZ2x1系列模组硬件设计指南 LZ2x1系列模组硬件设计指南

接口说明

LZ2x1 模组共有 144 个引脚,其中 80 个为 LCC 引脚,另外 64 个为 LGA 引脚。
模组 I/O 序号与模组丝印 I/O 名称对应关系:

LZ2x1系列模组硬件设计指南

标识符号说明

管脚属性标识符号 描述
P 电源
I 输入
O 输出
IO 输入/输出

管脚定义

管脚号 管脚名 信号类型 描述
1 WAKEUP_IN I 外部设备唤醒模组,不用则悬空,OpenCPU 模式可用作 GPIO10
2 AP_READY* I 应用处理器睡眠状态检测,不用则悬空 ,OpenCPU 模式可用作 GPIO11
3 WAKEUP_OUT* O 模组唤醒外部设备,不用则悬空,OpenCPU 模式可用作 GPIO5
4 W_DISABLE_N* I 飞行模式控制,不用则悬空,OpenCPU 模式可用作 GPIO8
5 NET_MODE PI 指示模组的网络注册状态 ,快闪表示找网,慢闪表示连接到涂鸦云
6 NET_STATUS* O 指示模组的网络运行状态,OpenCPU 模式可用作 GPIO9
7 VDD_EXT PO 输出 1.8V,可为外部 GPIO 提供上拉,不用则悬空
8 GND - 接地端
9 GND - 接地端
10 USIM_GND - 接地端
11 ISENSE I 充电电流检测
12 VBAT_SENSE I 电池电压检测,尽量靠近电池正极,不用电池时直接接模组 VBAT, 否则会造成模组不停重启
13 USIM_DET I USIM 卡热插拔检测,不用则悬空
14 USIM_VDD PO USIM 卡供电电源,模组自动识别 1.8V 或 3.0V USIM 卡
15 USIM_DATA IO USIM 卡数据信号
16 USIM_CLK O USIM 卡时钟信号
17 USIM_RST O USIM 卡复位信号
18 VDRV O 充电电路使能
19 GND - 接地端
20 RESET_N I 模组复位信号,低电平有效
21 PWRKEY I 系统开机或关机
22 GND - 接地端
23 SD_INS_DET I SD 卡检测,OpenCPU 模式可用作 GPIO7
24 PCM_DIN I PCM 语音数据输入,OpenCPU 模式可用作 GPIO2
25 PCM_DOUT O PCM 语音数据输出,OpenCPU 模式可用作 GPIO3
26 PCM_SYNC IO PCM 语音同步信号,OpenCPU 模式可用作 GPIO1
27 PCM_CLK IO PCM 语音时钟信号,OpenCPU 模式可用作 GPIO0
28 SD_DATA3 I SD 卡 SDIO 数据位 3,复用 Wi-Fi SDIO
29 SD_DATA2 I SD 卡 SDIO 数据位 2,复用 Wi-Fi SDIO
30 SD_DATA1 I SD 卡 SDIO 数据位 1,复用 Wi-Fi SDIO
31 SD_DATA0 I SD 卡 SDIO 数据位 0,复用 Wi-Fi SDIO
32 SD_CLK O SD 卡 SDIO 时钟,复用 Wi-Fi SDIO
33 SD_CMD IO SD 卡 SDIO 命令,复用 Wi-Fi SDIO
34 VDD_SDIO PO SD 卡供电电源,复用 Wi-Fi SDIO
35 ANT_BT/WIFI AIO 蓝牙和 Wi-Fi 天线
36 GND - 接地端
37 SPI_CS_N I SPI 片选
38 SPI_MOSI I SPI MOSI
39 SPI_MISO O SPI MISO
40 SPI_CLK O SPI 时钟信号
41 I2C_SCL OD I2C 时钟信号,OpenCPU 模式可用作 GPIO14
42 I2C_SDA OD I2C 数据信号,OpenCPU 模式可用作 GPIO15
43 ADC2 AI 模数转换接口 2
44 ADC1 AI 模数转换接口 1
45 ADC0 AI 模数转换接口 0
46 GND - 接地端
47 ANT_GNSS AI GNSS 天线,LZ201-CN 不支持,LZ211-CN 支持
48 GND - 接地端
49 ANT_MAIN AIO 主天线接口
50~54 GND - 接地端
55 RESERVED - 保留
56 GND - 接地端
57 VBAT_RF P 模组射频电源,电压范围 3.4V~4.3V,标称 3.8V,电流 2A
58 VBAT_RF P 模组射频电源,电压范围 3.4V~4.3V,标称 3.8V,电流 2A
59 VBAT_BB P 模组基带电源,电压范围 3.4V~4.3V,标称 3.8V,电流 1A
60 VBAT_BB P 模组基带电源,电压范围 3.4V~4.3V,标称 3.8V,电流 1A
61 STATUS* O 模组状态输出,OpenCPU 模式可用作 GPIO23
62 UART1_RI* O 输出振铃提示,OpenCPU 模式可用作 GPIO12
63 RESERVED63 O 保留
64 UART1_CTS O 串口 1 清除发送,OpenCPU 模式可用作 GPIO18
65 UART1_RTS I 串口 1 请求发送数据,OpenCPU 模式可用作 GPIO19
66 UART1_DTR* I 睡眠控制管脚
67 UART1_TXD O 串口 1 发送数据,支持 MCU 对接
68 UART1_RXD I 串口 1 接收数据,支持 MCU 对接
69 USB_DP IO USB 差分数据 DP,支持模组烧录校准
70 USB_DM IO USB 差分数据 DM,支持模组烧录校准
71 USB_VBUS PI USB 插入检测,充电电压输入检测
72 GND - 接地端
73 SPK_P O 喇叭输出(+)
74 SPK_N O 喇叭输出(-)
75 MIC_P I 麦克输入(+)
76 GND - 接地端
77 MIC_N I 麦克输入(-)
78 KEYIN1 IO 键盘输入 1
79 KEYIN2 IO 键盘输入 2
80 KEYIN3 IO 键盘输入 3
81 KEYIN4 IO 键盘输入 4
82 KEYIN5 IO 键盘输入 5
83 KEYOUT0 IO 键盘输出 0
84 KEYOUT1 IO 键盘输出 1
85~112 GND - 接地端
113 KEYOUT2 IO 键盘输出 2
114 KEYOUT3 IO 键盘输出 3
115 USBBOOT IO 键盘输入 0,开机之前上拉到 VDD_EXT,模组会强行进入 USB 下载模式
116 RESERVED116 - 保留,需悬空
117 CLK26M_OUT O 26M 时钟输出
118 RESERVED118 - 保留,需悬空
119 LCD_FMARK O SPI LCD 帧同步信号
120 LCD_RSTB O SPI LCD 复位信号
121 LCD_SEL O SPI LCD 选择
122 LCD_CS O SPI LCD 片选
123 LCD_CLK O SPI LCD 时钟信号
124 LCD_SDC O SPI LCD 数据命令选择
125 LCD_SIO O SPI LCD 数据信号
126 VDDLCD P 外部 LCD 电源
127 PM_ENABLE O 外部电源 LDO 使能,OpenCPU 模式可用作 GPIO13
128 VDDCAMA P Camera VCAMA 电源
129 CAM_PWDN IO Camera CAM_PWDN 信号
130 CAM_SI1 IO Camera CAM_SI1 信号
131 CAM_SI0 IO Camera CAM_SI0 信号
132 CAM_RSTL IO Camera CAM_RSTL 信号
133 CAM_REFCLK O Camera CAM_REFCLK 信号
134 CAM_SCK IO Camera CAM_SCK 信号
135 UART2_RXD/WAKE_WLAN O 串口 2 接收数据,支持模组烧录校准,用于外部 Wi-Fi 模组唤醒 LZ201*,OpenCPU 模式可用作 GPIO20
136 UART2_TXD/WLAN_EN O 串口 2 发送数据,支持模组烧录校准,用于外部 Wi-Fi 模组使能*,OpenCPU 模式可用作 GPIO21
137 UART3_RXD/KEYOUT4 I 串口 3 接收数据,复用 KEYOUT4
138 UART3_TXD/KEYOUT5 O 串口 3 发送数据,复用 KEYOUT5
139 ZSP_UART_TXD/BT_EN O ZSP LOG 输出,用于外部 蓝牙 LE MESH 模组使能*,OpenCPU 模式可用作 GPIO22
140 VDDCAMD P Camera VCAMD 电源
141 I2C2_SCL IO I2C 时钟信号,OpenCPU 模式可用作 GPIO16
142 I2C2_SDA IO I2C 数据信号,OpenCPU 模式可用作 GPIO17
143 DBG_RXD I 调试串口,模组接收数据
144 DBG_TXD O 调试串口,模组发送数据

说明:“P”表示电源引脚,“I/O”表示输入输出引脚,“*”表示该功能目前暂不支持。

电源接口

电源和地管脚

LZ2X1 可采用电池或外部电源供电。电源地和信号地,需要全部连接到系统板的地平面上。如果 GND 信号的连接不好,会对整体性能有影响。

管脚号 信号名称 描述 最小 典型 最大 单位
59、60 VBAT_BB 基带输入电源 3.4 3.8 4.3 V
57、58 VBAT_PA 射频输入电源 3.4 3.8 4.3 V
8、9、10、19、22、36、46、48、50-54、56、72、76、85-112 GND GND - - - -

供电要求

  • LZ2X1 供电电源电压范围 3.4~4.3V,最大电流 2A。
    • 当系统电压与模块供电压差不大时,建议选择 LDO 进行电压转换。
    • 当系统电压与模块供电压差较大时,建议选择 DCDC 进行电压转换。
  • 电压跌落:为确保模组正常工作,电源纹波小于 300mV,电压跌落不低于模组最低工作电压 3.4V。
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  • 稳压和滤波电容:
    • 稳压电容:100uFx2,10uF。
    • 数字信号滤波电容:1uF,0.1uF。
    • 高频信号滤波电容:33pF,10pF。
  • ESD 保护:在靠近 VBAT 输入端增加一个 TVS 管以提高模组的浪涌电压承受能力。
  • 走线要求:要求星形走线。原则上,VBAT 走线越长,线宽越宽。
  • 当使用电池供电时,模组可以打开低电压关机(<3.38V),此时需要注意底板其他负载的功耗,避免电池过放导致模组不开机。

参考电路如下图所示。

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开机,复位接口

管脚描述

管脚号 信号名称 功能描述
21 PWRKEY 模组开机
20 RESET_N 模组复位

接口应用

  • 开机:将 PWRKEY(PBINT 信号) 管脚拉低一段时间(大于 1.5s),再将该管脚悬空或拉高,即可开机。

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  • 如果客户需要上电自动开机且不需要关机功能,则可以把 PWRKEY 直接下拉到地,下拉电阻建议 4.7 kΩ

  • 复位:RESET 管脚拉低一段时间后(大于 35ms),再次将该管脚悬空或置高,即可复位。

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  • 推荐使用开集驱动,电路如下图所示:
    开机电路
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    复位电路
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UART 接口

管脚描述

本模组提供 3 路 UART 接口:

  • 串口 1:可用于客户 MCU 对接,使用涂鸦通用对接协议,其默认波特率为 115200bps。
  • 串口 2:普通串口,用于外设扩展,GNSS 版本被内部 GNSS 芯片通信占用,不对外开放。
  • 串口 3:普通串口,用于外设扩展。
管脚号 信号名称 功能描述
68 UART1_RXD 串口 1 接收数据
67 UART1_TXD 串口 1 发送数据
64 UART1_CTS 串口 1 清除发送
65 UART1_RTS 串口 1 请求发送数据
135 UART2_RXD 串口 2 接收数据
136 UART2_TXD 串口 2 发送数据
137 UART3_RXD 串口 3 接收数据
138 UART3_TXD 串口 3 发送数据

接口应用

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模组的串口电平为 1.8V。若客户 MCU 系统的电平为 3.3V 或 5V,则需在模组和应用系统的串口连接中增加电平转换器。如下图:

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也可以使用三极管做电平转换:

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注:串口 2、3 与串口 1 的连接方式相同参考上图。

USB 接口

管脚描述

本模组具有 USB2.0 接口,可用于模组下载校准和 AT 模式应用。

管脚号 信号名称 功能描述
69 USB_DP USB 差分数据 DP,支持模组下载校准
70 USB_DM USB 差分数据 DM,支持模组下载校准
71 USB_VBUS USIM 卡数据信号
115 USBBOOT 开机之前上拉到 VDD_EXT,模组会进入 USB 下载模式

接口应用

MCU 对接
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Micro USB 连接器
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电路设计要求

  • 需要 USB 下载时,要将 USBBOOT 上拉到 VDD_EXT,进入 USB 下载模式。
  • USB 走线周围需要包地处理,走 90 欧姆的阻抗差分线。
  • USB 走线远离电源、射频及其他敏感信号,建议内层差分走线且上下左右立体包地。
  • MCU 与模块间串联一个共模电感,防止 USB 信号产生 EMI 干扰。
  • VBUS 为 USB 检测功能, 如果 MCU 的 USB 不支持 Suspend 时,通过断开 VBUS 来使模组进入睡眠。
    LZ2x1系列模组硬件设计指南
  • 外接 Micro USB 接口时,USB 的 TVS 管应尽量靠近 USB 接口放置,寄生容值 < 2pf。

SIM 卡接口

管脚描述

管脚号 信号名称 功能描述
13 USIM_DET USIM 卡热插拔检测,不使用时上拉到 VDD_EXT
14 USIM_VDD USIM 卡供电电源,模组自动识别 1.8V 或 3.0V
15 USIM_DATA USIM 卡数据信号
16 USIM_CLK USIM 卡时钟信号
17 USIM_RST USIM 卡复位信号

SIM 卡接口应用

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电路设计要求

  • 卡座靠近模组摆放,信号线长度不超过 200mm。
  • USIM_VDD 增加 2.2uF 去耦电容,靠近卡座摆放。
  • USIM_DATA 走线较长时,增加 10-20K 上拉电阻,增加抗干扰能力。
  • USIM_DATA,USIM_RST,USIM_CLK 需要加 33pF 电容用于滤除射频干扰。
  • USIM 卡走线应远离射频和 VBAT 电路,SIM_CLK 和 SIM_DATA 走线不能太靠近,防止信号串扰。
  • 如 SIM 经常需要手动插拔,信号线需要增加 TVS 管,寄生电容低于 15pF,走线要求先经过 ESD 器件再到模组。
  • SIM 卡热插拔,参考设计中所选用 SIM 卡座的 USIM_DET 管脚无卡时短接到地,有卡时悬空,此时由外部 VDD_EXT 上拉到高电平。如不使用热插拔 SIM 卡座,USIM_DET 请直接上拉到 VDD_EXT。

SD 卡接口

管脚描述

模组提供一组 SD 2.0 接口,用于外接 Micro SD 卡,也可以用于标准 SDIO V1.1 接口。

管脚号 信号名称 功能描述
28 SD_DATA3 SD 卡 SDIO 数据位 3
29 SD_DATA2 SD 卡 SDIO 数据位 2
30 SD_DATA1 SD 卡 SDIO 数据位 1
31 SD_DATA0 SD 卡 SDIO 数据位 0
32 SD_CLK SD 卡 SDIO 时钟
33 SD_CMD SD 卡 SDIO 命令
34 VDD_SDIO SD 卡 SDIO 上拉电源

SD 卡接口应用

LZ2x1系列模组硬件设计指南

电路设计要求

  • 模组 VDD_SDIO 最大输出电流 150mA,如果使用的 SD 卡电流超过 150mA 时需要外置电源。
  • SD_CLK 和 SD 信号线上串联 22ohm 电阻,用于解决射频干扰问题。
  • 信号线上预留 0201 33pF 电容,用于解决射频干扰问题。
  • SD 信号线预留上拉电阻,增加总线稳定性,上拉电阻推荐 100KΩ,上拉电源使用 VDD_SDIO。
  • SD_CLK 信号单根包地,SD 信号整体包地,避免邻层信号平行。
  • SD_CLK,SD_DATA[0:3] 和 SD_CMD 走线需做等长处理,相差小于 1mm,总长度不超过 50mm。
  • 为确保 ESD 性能,靠近 SD 卡座增加 TVS 管,寄生电容低于 15pF,走线要求先经过 ESD 器件再到模组。

模组状态指示

NET_MODE 接口描述

管脚号 信号名称 功能描述
5 NET_MODE 指示模组的网络注册状态,快闪表示找网,慢闪表示连接到涂鸦云

接口应用

  • NET_MODE 为电流源,需接到 LED 负极。
    LZ2x1系列模组硬件设计指南

SPI 串行接口

管脚描述

管脚号 信号名称 功能描述
37 SPI_CS_N SPI 选通信号
38 SPI_MOSI 主输出、从输入
39 SPI_MISO 主输入、从输出
40 SPI_ SCLK SPI 接口时钟信号

SPI 接口电气特性及接口应用

本模组的 SPI 接口电平为 1.8V。若客户 MCU 系统电平为 3.3V,则需在模组和 MCU 之间增加电平转换器;推荐使用一个支持 SPI 数据速率的电平转换器。
参考电路如下图所示:

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I2C 总线

管脚描述

管脚号 信号名称 功能描述
41 I2C_SCL I2C 时钟信号
42 I2C_SDA I2C 数据信号

I2C 是一种 IC 之间通信的两线总线。两条信号线,串行数据(SDA)的和串行时钟(SCL),在连接的设备之间传送信息。每个设备靠唯一的地址来识别,既可作为发送器也可作为接收器。

接口应用

I2C 总线必须在设备端上拉到 VDD_EXT。
LZ2x1系列模组硬件设计指南

PCM 接口

管脚描述

管脚号 信号名称 功能描述
24 PCM_DIN PCM 语音数据输入
25 PCM_DOUT PCM 语音数据输出
26 PCM_SYNC PCM 语音同步信号
27 PCM_CLK PCM 语音时钟信号

接口应用

LZ2x1系列模组硬件设计指南

模组 PCM 和 I2C 都是 1.8V 电平的,如果 Codec 芯片为 3.3V 电压,则需要进行电平转换。
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SPIFLASH 接口

模组内置 64Mb Nor Flash,如果相关应用空间不够时,可以外置一颗 SPI FLASH 增加系统空间,该接口与 SPI LCD 接口复用。

管脚描述

管脚号 信号名称 功能描述
119 LCD_FRAMK 复用 SPI flash 1 serial data3
121 LCD_SEL 复用 SPI flash 1 serial data2
122 LCD_CS 复用 SPI flash 1 serial data1
123 LCD_CLK 复用 SPI flash 1 serial data0
124 LCD_SDC 复用 SPI flash 1 CS
125 LCD_SIO 复用 SPI flash 1 clock

接口应用

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注: 模组支持的 FLASH 型号请参考嵌入式文档。

充电接口

管脚号 信号名称 功能描述
11 ISENSE 充电电流检测
12 VBAT_SENSE 电池电压检测,尽量靠近电池正极
18 VDRV 充电电路使能
71 USB_VBUS 充电电压输入检测

接口应用

线性充电参考电路:
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分立器件参考电路:
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电路设计要求

  • 系统热设计考虑,线性充电电流推荐 <0.7A, 如果 ≥0.7A, 强烈推荐使用开关充电。
  • 为了精确测试充电电流,ISENSE/VBAT_SENSE 应该走伪差分(0.075mm/0.075mm/0.075mm),左右包地处理,避免与其它走线邻层平行。
  • 电流采样电阻(0.068ohm±1%/0.125w, 0805)应该靠近 PNP 三极管摆放,充电电流线宽 ≥1mm, 推荐使用 Unisoc 的 4-Pin Land Pattern Design 设计。
  • PNP 三极管的集电极 C 的铺铜面积 ≥30mm^2,推荐相邻层 GND, 有利于散热。
  • 强烈推荐在 PNP 附件 <1.5mm 以内摆放 NTC 温度传感器进行温控。

GPIO 接口

模组在 Open CPU 固件下部分管脚可以复用为 GPIO。
请参考文档 7:LZ2x1 系列 Open CPU GPIO 配置表

序号 模组管脚号 模组管脚名 功能 1(软件默认) 功能 2 功能 3 Power Domain UIS8910DM PAD_NAME UIS8910DM Ball NO. Pull-Up Pull-Down 输入/输出 H/L/Hiz
1 27 PCM_CLK GPIO0 i2s2_bck - V_PAD_1V8 gpio_0 R19 20K/4.7K 40K INPUT L
2 125 LCD_SIO SPI_LCD_SIO GPIO0 SPI flash 1 clock V_LCD spi_lcd_sio AB21 20K/4.7K/1.8K 50K INPUT L
3 26 PCM_SYNC GPIO1 i2s2_lrck - V_PAD_1V8 gpio_1 R20 20K/4.7K 40K INPUT L
4 124 LCD_SDC SPI_LCD_SDC GPIO1 SPI flash 1 CS V_LCD spi_lcd_sdc AA20 20K/4.7K/1.8K 50K INPUT L
5 24 PCM_DIN GPIO2 i2s2_sdat_i - V_PAD_1V8 gpio_2 P21 20K/4.7K 40K INPUT L
6 123 LCD_CLK SPI_LCD_CLK GPIO2 SPI flash 1 serial data0 V_LCD spi_lcd_clk AA21 20K/4.7K/1.8K 50K INPUT L
7 25 PCM_DOUT GPIO3 i2s2_sdat_o - V_PAD_1V8 gpio_3 P22 20K/4.7K 40K INPUT L
8 122 LCD_CS SPI_LCD_CS GPIO3 SPI flash 1 serial data1 V_LCD spi_lcd_cs AB20 20K/4.7K/1.8K 50K INPUT L
9 13 USIM_DET GPIO4 USIM_DET - V_PAD_1V8 gpio_4 T21 20K/4.7K 40K INPUT L
10 121 LCD_SEL SPI_LCD_SELECT GPIO4 SPI flash 1 serial data2 V_LCD spi_lcd_select AB18 20K/4.7K/1.8K 50K INPUT L
11 3 WAKEUP_OUT* GPIO5 - - V_PAD_1V8 gpio_5 T22 20K/4.7K 40K INPUT L
12 119 LCD_FMARK LCD_FMARK GPIO5 SPI flash 1 serial data3 V_LCD lcd_fmark AA18 20K/4.7K/1.8K 50K INPUT L
13 23 SD_INS_DET GPIO7 SD_INS_DET - V_PAD_1V8_RTC gpio_7 AA1 20K/4.7K 40K INPUT L
14 4 W_DISABLE_N* GPIO8 - - V_PAD_1V8_RTC gpio_8 AA2 20K/4.7K 40K INPUT L
15 40 SPI_CLK GPIO9 SPI_CLK - V_PAD_1V8_RTC gpio_9 Y1 20K/4.7K 40K INPUT L
16 6 NET_STATUS* GPIO9(默认) - - V_PAD_1V8_RTC ap_jtag_trst Y4 20K/4.7K 40K INPUT L
17 37 SPI_CS_N GPIO10 SPI_CS_N - V_PAD_1V8_RTC gpio_10 AB2 20K/4.7K 40K INPUT L
18 1 WAKEUP_IN GPIO10(默认) - - V_PAD_1V8_RTC ap_jtag_tms W3 20K/4.7K 40K INPUT L
19 38 SPI_MOSI GPIO11 SPI_MOSI - V_PAD_1V8_RTC gpio_11 Y2 20K/4.7K 40K INPUT L
20 2 AP_READY* GPIO11(默认) - - V_PAD_1V8_RTC ap_jtag_tdi AA3 20K/4.7K 40K INPUT L
21 39 SPI_MISO GPIO12 SPI_MISO - V_PAD_1V8_RTC gpio_12 W2 20K/4.7K 40K INPUT L
22 62 UART1_RI* GPIO12(默认) - - V_PAD_1V8_RTC ap_jtag_tdo Y3 20K/4.7K 40K INPUT L
23 127 PM_ENABLE GPIO13 - - V_PAD_1V8 gpio_13 D13 20K/4.7K 40K INPUT L
24 41 I2C_SCL GPIO14 I2C_SCL - V_PAD_1V8 gpio_14 J18 20K/1.8K 40K INPUT L
25 42 I2C_SDA GPIO15 I2C_SDA - V_PAD_1V8 gpio_15 J19 20K/1.8K 40K INPUT L
26 142 I2C2_SDA GPIO17 I2C2_SDA - V_PAD_1V8 i2c_m1_sda L19 20K/1.8K 40K INPUT H
27 64 UART1_CTS GPIO18 uart_1_cts - V_PAD_1V8 gpio_18 G21 20K/4.7K 40K INPUT L
28 132 CAM_RSTL CAMERA_RST_L GPIO18 - V_PAD_1V8 camera_rst_l M19 20K/4.7K 40K INPUT L
29 65 UART1_RTS GPIO19 uart_1_rts - V_PAD_1V8 gpio_19 G22 20K/4.7K 40K INPUT L
30 129 CAM_PWDN CAMERA_PWDN GPIO19 - V_PAD_1V8 camera_pwdn K21 20K/4.7K 40K INPUT L
31 135 UART2_RXD GPIO20 uart_2_rxd - V_PAD_1V8 gpio_20 J21 20K/4.7K 40K INPUT L
32 133 CAM_REFCLK CAMERA_REF_CLK GPIO20 - V_PAD_1V8 camera_ref_clk K22 20K/4.7K 40K INPUT L
33 136 UART2_TXD GPIO21 uart_2_txd - V_PAD_1V8 gpio_21 J22 20K/4.7K 40K INPUT L
34 131 CAM_SI0 SPI_CAMERA_SI_0 GPIO21 - V_PAD_1V8 spi_camera_si_0 M20 20K/4.7K 40K INPUT L
35 139 ZSP_UART_TXD GPIO22 zsp_uart_txd - V_PAD_1V8 gpio_22 N20 20K/4.7K 40K INPUT L
36 130 CAM_SI1 SPI_CAMERA_SI_1 GPIO22 - V_PAD_1V8 spi_camera_si_1 M21 20K/4.7K 40K INPUT L

注 1:所有管脚软件默认功能为功能 1。
注 2:同一个 GPIO 可以从 2 个不同的模组管脚引出,使用时只能选择其中一个管脚。
注 3:GPIO9,10,11,12 四个 GPIO 默认 PIN 脚为 PIN6、PIN1、PIN2、PIN62,选择另一个管脚需要修改代码配置。
注 4:V_LCD 电源域可以通过软件选择 1.8V/3.0V。
注 5:PIN135,PIN136,PIN139 在 LZ211 系列中用于内部 GNSS 芯片,不对外开放。

天线接口

天线管脚描述

管脚号 信号名称 功能描述
35 ANT_BT/WIFI Bluetooth Low Energy/Wi-Fi 天线
47 ANT_GNSS GNSS 天线,LZ201 不支持,LZ211 支持
49 ANT_MAIN LTE 天线

射频天线匹配电路

天线电路预留 π 型匹配电路,靠近天线放置,供天线厂进行匹配调试,根据实际调试结果选取适当的阻容感值。
默认 L1 为 0 欧姆,C1、C2 不贴片。

LTE 天线,BLE/Wi-Fi 天线和 GNSS 无源天线

LZ2x1系列模组硬件设计指南

GNSS 有源天线

根据有源天线规格书选择合适的馈电电压。

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射频信号线走线

MCU PCB 的射频信号要求阻抗 50 欧姆,阻抗的控制通常采用微带线。
微带线 PCB 结构:

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电路设计要点:

  • 模组的天线引脚到天线连接器之间的走线距离尽量短,避免直角走线,建议走线角度为 135 度或采用弧度走线。
  • 射频信号线参考的地平面要保持完整。同层的地与射频信号线之间要保持 2 倍线宽,射频信号线周边的地要多打地孔。
  • 模组天线引脚相邻的地引脚要充分接地。
  • 连接器信号脚的焊盘要与地平面保持一定距离。
  • 可以通过阻抗模拟计算工具对射频信号线进行精确的 50 欧姆阻抗控制。

阻抗计算时,按照下图填写各个参数,通过改变射频线宽度,使阻抗接近 50 欧姆。

LZ2x1系列模组硬件设计指南

天线设计要求

  • 天线位置要避开电源、数据线和芯片等会产生射频干扰的器件。
  • 为确保 RF 性能的最优化,天线部分和主板或其他金属件的距离至少保持 15mm 以上。
  • 天线外围不要包裹金属件,以免影响天线辐射性能。建议天线区域的转接板镂空处理。

天线类型

该模组无自带 PCB 板载天线,需要第三方提供天线。可使用外置胶棒天线、弹簧天线、IPEX-FPC 天线、PCB 板天线等,天线形式有单极天线、PIFA 天线、IFA 天线、loop 天线等。
常见的天线形式如下图所示

  • 胶棒天线
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  • IPEX-FPC 天线
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  • 内置 FPC 天线
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  • GPS 天线:

    可以通过外置电源使用有源天线
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  • 陶瓷 GPS 天线
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  • 蓝牙可用 PCB 板载天线
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可靠性设计

EMC 和 ESD 设计建议

在整机设计时应充分考虑到由于信号完整性、电源完整性引发的 EMC 问题:

  • 在模组外围电路 layout 走线时,对于电源和信号线等走线,保持 2 倍线的间距宽度,可以有效地减少信号之间的耦合,使信号有较“干净”的回流路径。
  • 外围电源电路设计时,去耦电容要摆放靠近模组电源管脚,高频高速电路和敏感电路应该远离 PCB 边缘,并且尽量隔离二者之间的布局,减少相互干扰,并且对敏感信号进行保护,对系统板侧可能存在干扰模组工作的电路或器件进行屏蔽设计。

设计时需要注意 ESD 防护:

  • 对关键输入输出信号接口,比如 SIM 卡信号、USB 信号、TF 卡信号等接口,需要就近放置 ESD 器件进行保护。
  • 此外在主板侧,需要合理设计结构件和 PCB 布局,保证金属屏蔽壳等充分接地,为静电放电设置一条通畅的泄放通道。

PCB 焊盘设计

我们建议在设计主板上面的封装焊盘时,中间的 64 个焊盘按结构图中的尺寸进行设计,而对于外围 80 个信号焊盘向模组外加长 0.3mm 以上,焊盘的其他三边向外延伸 0.05mm 处理。

热设计建议

模组在工作过程中本身会发热,也可能受到其他高温器件的影响。本模组设计时对散热进行了考虑,与系统板连接时请保持地热焊盘接地良好,这对热传导与热平衡有很大帮助,同时对于整机的电气性能也有很大好处。

请注意:

  • 尽量让本模组产品远离电源、高速信号线放置,保护好这些干扰源走线。

  • 天线及连接网卡和天线的同轴线缆请勿靠近这些干扰源放置。

  • 请勿让模组靠近诸如 CPU 等发热量较大的器件放置。温度升高会影响到射频性能。

封装信息

机械尺寸和背面焊盘尺寸

尺寸大小:29mm±0.35 (W)×32mm±0.35 (L)×2.4mm±0.15(H),其中 PCB 厚度 0.8mm±0.1 mm。

LZ2x1系列模组硬件设计指南 LZ2x1系列模组硬件设计指南

说明:模组长宽公差±0.35mm。高度±0.15mm。PCB 板厚公差±0.1mm。

PCB 封装图-SMT

LZ2x1系列模组硬件设计指南

钢网开孔推荐

  • 钢网厚度:建议开阶梯钢网,模组位置钢网厚度推荐 0.18-0.2mm,其他位置根据产品设计确定厚度。
  • 模组 LCC 引脚:钢网开孔长度方向内切 0.1mm,外扩 1mm;宽度方向内切 0.16mm(单边 0.08mm),内切长度 1.4mm(模组引脚长度,防止锡珠产生),外扩 0.2mm(单边 0.1mm),外扩长度 2mm(外露在模组引脚底部以外的区域,增加锡量)。
  • 模组 LGA 引脚:开孔面积为焊盘面积 60%,单个开孔面积过大可在中间隔断 0.3mm。