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TCS600U 模组硬件设计指南

更新时间:2022-09-21 07:32:27下载pdf

本文介绍了 TCS600U 模组功能及硬件接口应用的电路设计指导。

背景信息

撰写目的

本文给 TCS600U 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。

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
TBD 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

TCS600U 是由涂鸦智能开发的一款 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 UIS8910 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。
TCS600U 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、麦克风、喇叭、MicroSD 卡和 USIM 卡等外设。

型号说明

型号 TCS600U
LTE FDD Band 1、3、5 和 8
LTE TDD Band 34、38、39、40 和 41
VOLTE 支持
GNSS 不支持
BLE4.2 不支持
WIFI SCAN 不支持
模块尺寸 21.9 x 22.9 mm

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
LTE Cat.1 数据速率 LTE-FDD:最大 10 Mbps(下行)/ 最大 5 Mbps(上行)
LTE-TDD:最大 8.2 Mbps(下行)/ 最大 3.4 Mbps(上行
接口 1 个 USB2.0 接口
2 个 UART 接口
3 个 I2C 接口
1 个 PCM/I2S 接口
1 个 SDIO 接口
1 个 SPI 接口
2 个 ADC 接口
1 个四线 SPI FLASH 接口
USB 支持USB2.0,数据传输速率最大达400Mbps
用于 AT 命令传送、数据传输、软件调试和固件升级
串口 UART1:
  • 通用串口,可用于 AT 命令和数据传输
  • 最大波特率 921600bps,默认波特率自适应 9600,115200bps
  • 支持硬件流控(RTS/CTS)
UART2(管脚复用):通用扩展串口
DBG_UART:用于 AP LOG 输出
ZSP_UART(管脚复用):用于 CP LOG 输出
USIM 卡 支持 1.8V 和 3V
显示屏 SPI 显示屏,分辨率 QVGA 320x240,30FPS
摄像头 SPI/MIPI 摄像头,I/O 接口只支持 1.8V,最高支持 30 万像素摄像头
音频 1 组数字音频接口
1 路模拟音频输入
1 路模拟音频输出
Micro SD 支持
天线 LTE 天线,要求特征阻抗 50 Ω
工作温度 正常工作温度:-30℃ 到 +75℃ 1
扩展工作温度:-40℃ 到 +85℃ 2
对接方式 支持 AT 指令对接
支持 TuyaOS 通用对接
支持 Open CPU 开发
软件升级 USB、OTA 升级
封装 管脚:LCC+LGA 106 PIN
尺寸:21.9 × 22.9 × 2.3mm
重量:约 3.2g

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。

接口说明

TCS600U 模组共有 106 个引脚,其中 76 个为 LCC 引脚,另外 30 个为 LGA 引脚。
模组 I/O 序号与模组丝印 I/O 名称对应关系:

TCS600U 模组硬件设计指南

标识符号说明

管脚属性标识符号 描述
IO Input/Output 输入输出
DI Digital Input 数字信号输入
DO Digital Output 数字信号输出
PI Power Input 电源输入
PO Power Output 电源输出
AI Analog Input 模拟信号输入
AO Anlog Output 模拟信号输出
OD Open Darin Output 开漏输出

管脚定义

管脚号 管脚名 信号类型 描述
1 SPI_CLK DO SPI1 时钟信号输出,OpenCPU 模式可用作 GPIO93
2 SPI_DIN DI SPI1 数据输入,OpenCPU 模式可用作 GPIO12
3 SPI_DOUT DO SPI1 数据输出,OpenCPU 模式可用作 GPIO11
4 SPI_CS DO SPI1 片选信号,OpenCPU 模式可用作 GPIO10
5 USIM_CLK DO USIM 卡时钟信号
6 USIM_DATA IO USIM 卡数据信号
7 USIM_RST DO USIM 卡复位信号
8 USIM_VDD PO USIM 卡供电电源,1.8V/3.0V 自动识别,Iomax=50mA
9 USIM_CD DI USIM 卡插拔检测
10 CAM_MCLK DO Camera MCLK 时钟输出
11 CAM_I2C_SCL IO Camera I2C 时钟信号,也可用作通用 I2C 接口
12 CAM_I2C_SDA IO Camera I2C 数据信号,也可用作通用 I2C 接口,OpenCPU 模式可用作 GPIO17
13 CAM_SPI_CLK DI SPI Camera 时钟输入
14 CAM_SPI_D0 DI SPI Camera 数据输入 0
15 CAM_SPI_D1 DI SPI Camera 数据输入 1
16 CAM_PWDN DO Camera 关断
17 CAM_VDD PO Camera 模拟电源,电压范围 1.6~3.2V,默认 1.8V,Iomax=100mA,开机后默认是关闭状态
18 GND - 参考地
19 ADC0 AI 模数转换器,输入范围 0~VBAT,通道 0,分辨率 11bits
20 ADC1 AI 模数转换器,输入范围 0~VBAT,通道 1,分辨率 11bits
21 SPK- AO 音频差分输出通道负,驱动 32Ω 受话器,无内置功放,外接 8Ω 喇叭需要外接音频功放
22 SPK+ AO 音频差分输出通道正,驱动 32Ω 受话器,无内置功放,外接 8Ω 喇叭需要外接音频功放
23 MIC- AI 麦克风输入通道负
24 MIC+ AI 麦克风输入通道正
25 MIC_BIAS PO 麦克风偏置电压电源
26 USB_DP IO USB 差分信号正,走线控制 90Ω 差分阻抗
27 USB_DM IO USB 差分信号负,走线控制 90Ω 差分阻抗
28 USB_VBUS DI USB 插入检测,输入范围 3.3V~5.25V,Vnorm=5.0V,插入 USB 后将触发充电开机,无法关机
29 VBAT PI 模组电源,供电范围 3.4V~4.3V,标称 3.8V,外部电源需保证 2A 的电流,建议外部增加浪涌管
30 GND - 参考地
31 MAIN_RXD DI 主串口接收数据
32 MAIN_TXD DO 主串口发送数据
33 MAIN_CTS DO DTE 主串口清除发送(连接至 DTE 的 CTS),OpenCPU 模式可用作 GPIO19
34 MAIN_RTS DI DTE 主串口请求发送(连接至 DTE 的 RTS),OpenCPU 模式可用作 GPIO18
35 GND - 参考地
36 VBAT PI 模组电源,供电范围 3.4V~4.3V,标称 3.8V,外部电源需保证 2A 的电流,建议外部增加浪涌管
37 VBAT PI 模组电源,供电范围 3.4V~4.3V,标称 3.8V,外部电源需保证 2A 的电流,建议外部增加浪涌管
38 GND - 参考地
39 MAIN_DTR/SD_DATA0 DI/IO 休眠唤醒控制,兼容 SDIO 数据位 0,OpenCPU 模式可用作 GPIO25
40 MAIN_RI/SD_DATA1 DO/IO 主串口输出振铃提示,兼容 SDIO 数据位 1,OpenCPU 模式可用作 GPIO26
41 GND - 参考地
42 BOOT DI 开机时与 V_GLOBAL_1V8 短接会进入下载模式,正常开机必须保持悬空
43 GND - 参考地
44 GND - 参考地
45 GND - 参考地
46 LTE_ANT AIO LTE 天线输出端口,50Ω 特性阻抗
47 GND - 参考地
48 MAIN_DCD*/SD_CMD DO/IO 主串口输出载波检测,兼容 SDIO 命令信号,OpenCPU 模式可用作 GPIO24
49 WAKEUP_IN*/SD_DATA2 DI/IO 休眠唤醒控制,兼容 SDIO 数据位 2,OpenCPU 模式可用作 GPIO27
50 AP_READY*/SD_DATA3 DI/IO 应用处理器睡眠状态检测,兼容 SDIO 数据位 3,OpenCPU 模式可用作 GPIO28
51 W_DISABLE* DI 飞行模式控制,OpenCPU 模式可用作 GPIO28
52 NET_MODE* DO 注册的网络制式指示,OpenCPU 模式可用作 GPIO4
53 SLEEP_IND* DO 睡眠模式指示,兼容 UART2_TXD,OpenCPU 模式可用作 GPIO21
54 STATUS* DO 运行状态指示,兼容 UART2_RXD,OpenCPU 模式可用作 GPIO20
55 NET_STATUS DO 网络状态指示,OpenCPU 模式可用作 GPIO8
56 I2C2_SDA IO I2C2 数据信号,OpenCPU 模式可用作 GPIO15
57 I2C2_SCL IO I2C2 时钟信号,OpenCPU 模式可用作 GPIO14
58 PCM_SYNC/SPI_FLASH_CS DO PCM 语音同步信号,兼容 SPI_FLASH_CS
59 PCM_DIN/SPI_FLASH_D0 DI/IO PCM 语音数据输入,兼容 SPI_FLASH_D0
60 PCM_DOUT/SPI_FLASH_D1 DO/IO PCM 语音数据输出,兼容 SPI_FLASH_D1
61 PCM_CLK/SPI_FLASH_CLK DO PCM 语音时钟信号,兼容 SPI_FLASH_CLK
62 LCD_TE DO SPI LCD 帧同步信号
63 LCD_SPI_RS DO SPI LCD 寄存器选择,OpenCPU 模式可用作 GPIO1
64 LCD_RST DO SPI LCD 复位信号
65 LCD_SPI_CS DO SPI LCD 片选信号,OpenCPU 模式可用作 GPIO3
66 LCD_SPI_DOUT DO SPI LCD 数据信号,OpenCPU 模式可用作 GPIO0
67 LCD_SPI_CLK DO SPI LCD 时钟信号,OpenCPU 模式可用作 GPIO2
68 CAM_VDDIO PO Camera 数字电源,电压范围 1.4~2.1V,默认 1.8V,Iomax=100mA,开机后默认是关闭状态
69 I2C3_SDA/SPI_FLASH_D2 IO I2C3 数据信号,兼容 SPI_FLASH_D2
70 I2C3_SCL/SPI_FLASH_D3 IO I2C3 时钟信号,兼容 SPI_FLASH_D3,OpenCPU 模式可用作 GPIO5
71 DBG_TXD DO 调试串口,输出 AP log
72 DBG_RXD DI 调试串口,接收调试指令
73 GND - 参考地
74 POWER_KEY DI 模块开关机控制脚, 内部上拉到 VBAT
75 RESET DI 模块复位输入,低有效,内部上拉到 VBAT
76 V_GLOBAL_1V8 PO 固定输出 1.8V,Iomax=50mA,开机后默认打开,不能关闭,可用于外围电路上拉电源
77~92 GND - 参考地
113 RESERVED - 预留管脚
120 CAM_RST DO Camera 复位信号
129 RESERVED - 预留管脚
131 RESERVED - 预留管脚
132 SD_CLK DO SDIO 时钟信号
133 VMMC_VDD PO SDIO 供电电源,默认 3.1V,Iomax=150mA
134 LCD_VDDIO PO LCD 数字电源,默认 1.8V,Iomax=200mA
136 RESERVED - 预留管脚
138 LCD_AVDD PO LCD 模拟电源,默认 3.0V,Iomax=150mA
143 RESERVED - 预留管脚
145 USIM2_RST DO USIM2 卡复位信号,OpenCPU 模式可用作 GPIO31
146 USIM2_DATA4 IO USIM2 卡数据信号,OpenCPU 模式可用作 GPIO30
147 USIM2_CLK4 DO USIM2 卡时钟信号,OpenCPU 模式可用作 GPIO29
148 USIM2_VDD4 PO USIM2 卡供电电源,1.8V/3.0V 自动识别,Iomax=50mA

说明
* 表示该功能通用对接模式目前暂不支持,OpenCPU 模式下可通过配置 GPIO 实现。
3:相关 GPIO 管脚在 OpenCPU SDK 固件下可以自行配置。
4:双 SIM 卡暂不支持,如需双卡应用可联系产品经理定制。

电源接口

电源和地管脚

TCS600U 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 管脚名 描述 最小 典型 最大 单位
29、36、37 VBAT 模块电源输入 3.4 3.8 4.3 V
18、30、35、38、41、43、44、45、47、73、77~92 GND GND - - - -

供电要求

  • 供电电源电压范围 3.4~4.3 V,最大电流 2 A。

    • 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 300 mV,电压跌落不低于模组最低工作电压 3.4 V。
    TCS600U 模组硬件设计指南

  • 稳压和滤波电容:

    • 稳压电容:100μF x 2 (ESR=0.7 Ω)。
    • 滤波电容:0.1μF,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)功能,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:

TCS600U 模组硬件设计指南

开关机和复位接口

管脚描述

管脚号 管脚名 功能描述
74 POWER_KEY 模块开关机控制脚, 内部上拉到 VBAT
75 RESET 模块复位输入,低有效,内部上拉到 VBAT

接口应用

  • 开机:将 POWER_KEY 管脚拉低 1.5s 以上,模块将进入开机流程,若 VBAT 管脚电压大于软件设置的开机电压(3.3V),会继续开机动作直至系统开机完成;否则会停止开机动作,系统会关机。开机成功后可将 POWER_KEY 释放。 可以通过检测 V_GLOBAL_1V8 管脚的电平来判断模块是否开机。

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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 POWER_KEY 管脚直接下拉到地,下拉电阻建议 1 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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  • 关机:在开机状态下,将 POWER_KEY 管脚拉低 1.5s 以上时间,模块会执行关机动作。

  • 推荐使用开集驱动电路来控制模块管脚,电路如下图所示:
    开机电路
    TCS600U 模组硬件设计指南
    复位电路
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UART 接口

管脚描述

TCS600U 提供 4 路 UART 接口:

  • 串口 1:可用于客户 MCU 对接,使用 AT 指令或涂鸦通用对接协议,其默认波特率为 115200bps。
  • 串口 2:普通串口,用于外设扩展。
  • DEBUG 串口:调试串口,可以接收调试指令及输出 AP log,开发阶段建议预留测试点。
  • ZSP 串口: 输出 CP log。
管脚号 管脚名 功能描述
32 MAIN_TXD 串口 1 接收数据,自适应波特率 9600 和 115200bps
31 MAIN_RXD 串口 1 发送数据,自适应波特率 9600 和 115200bps
33 MAIN_CTS DTE 串口 1 清除发送
34 MAIN_RTS DTE 串口 1 请求发送
54 SLEEP_IND 复用 UART2_TXD,串口 2 发送数据
53 STATUS 复用 UART2_RXD,串口 2 接收数据
71 DBG_TXD 调试串口,输出 AP log
72 DBG_RXD 调试串口,接收调试指令
51 W_DISABLE 复用 ZSP_UART_TXD,输出 CP log

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:

TCS600U 模组硬件设计指南

注意:串口 2 与串口 1 的连接方式相同参考上图。

USB 接口

管脚描述

TCS600U 支持 USB 2.0 接口,最高支持高速(480 Mbps),可用于模组下载校准和 AT 模式应用。

管脚号 管脚名 功能描述
28 USB_VBUS USB 插入检测, 输入范围 3.3~5.25 V,Vnorm = 5.0 V,插入 USB 后将触发充电开机,无法关机
26 USB_DP USB 差分数据正,支持模组下载校准
27 USB_DM USB 差分数据负,支持模组下载校准
42 USBBOOT 开机之前上拉到 V_GLOBAL_1V8,模组会进入 USB 下载模式

接口应用

MCU 对接
TCS600U 模组硬件设计指南

Micro USB 连接器
TCS600U 模组硬件设计指南

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 走线需要严格按照差分线控制,做到平行和等长。

  • USB 走线需要控制 90 欧姆的差分阻抗。

  • USB 走线远离电源、射频及其他敏感信号,建议内层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。
    TCS600U 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。

USB 下载和调试

  • MCU 通过 USB 接口与模组通信的模式下,建议通过 0 R 电阻跳接的方式预留测试点或 Micro USB 接口便于固件升级和调试,其中 0 R 电阻需要共焊盘设计。

  • 在模组开机前,将 USB_BOOT 上拉到 V_GLOBAL_1V8,模组将进入烧录模式

  • 建议预留 USB_BOOTV_GLOBAL_1V8 测试点,方便后期下载调试。

  • 模组进入下载模式后,设备管理器端口如下:

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USIM 卡接口

管脚描述

TCS600U 共提供 2 组 SIM 卡接口。

管脚号 管脚名 功能描述
5 USIM_CLK USIM 卡时钟信号
6 USIM_DATA USIM 卡数据信号
7 USIM_RST USIM 卡复位信号
8 USIM_VDD USIM 卡供电电源,模组自动识别 1.8V 或 3.0V
9 USIM_CD USIM 卡热插拔检测,不使用时上拉到 VDD_EXT
145 USIM2_RST* USIM2 卡复位信号,OpenCPU 模式可用作 GPIO31
146 USIM2_DATA* USIM2 卡数据信号,OpenCPU 模式可用作 GPIO30
147 USIM2_CLK* USIM2 卡时钟信号,OpenCPU 模式可用作 GPIO29
148 USIM2_VDD* USIM2 卡供电电源,1.8V/3.0V 自动识别,Iomax=50mA

说明
*:目前,Open CPU SDK 暂不支持 USIM2 卡,相关接口可当做普通 GPIO 口应用。

SIM 卡接口应用

TCS600U 模组硬件设计指南

电路设计要求

  • USIM 卡座靠近模组摆放,信号线长度不超过 200mm。
  • USIM_VDD 增加 100nF 滤波电容,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_DATAUSIM_RSTUSIM_CLK 需要加 33pF 电容用于滤除射频干扰。
  • USIM 信号走线应远离射频和 VBAT 电路,USIM_CLKUSIM_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。
  • USIM 卡热插拔,参考设计中所选用 USIM 卡座的 USIM_CD 管脚无卡时短接到地,有卡时悬空,此时由外部 V_GLOBAL_1V8 上拉到高电平。如不使用热插拔 USIM 卡座,USIM_CD 管脚悬空。

SD 卡接口

管脚描述

TCS600U 提供一组 SD 2.0 接口,复用 GPIO 管脚,用于外接 Micro SD 卡,也可以用于标准 SDIO V1.1 接口。

管脚号 管脚名 信号类型 电源域 功能描述
132 SD_CLK DO SD 卡 SDIO 时钟
48 MAIN_DCD/SD_CMD IO VMMC SD 卡 SDIO 命令
39 MAIN_DTR/SD_DATA0 IO VMMC SD 卡 SDIO 数据位 0
40 MAIN_RI/SD_DATA1 IO VMMC SD 卡 SDIO 数据位 1
49 WAKEUP_IN/SD_DATA2 IO VMMC SD 卡 SDIO 数据位 2
50 AP_READY/SD_DATA3 IO VMMC SD 卡 SDIO 数据位 3
133 VMMC_VDD PO SD 卡 SDIO 上拉电源

SD 卡接口应用

TCS600U 模组硬件设计指南

电路设计要求

  • 模组 VMMC_VDD 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 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 VMMC_VDD
  • SD_CLK 信号单根包地,SD 信号整体包地,避免邻层信号平行。
  • SD_CLKSD_DATA[0:3]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_STATUS 接口描述

管脚号 管脚名 功能描述
52 NET_MODE* 网络制式制式
55 NET_STATUS 网络状态指示

说明
*:TCS600U 只支持 LTE 模式, 无需区分网络模式,NET_MODE 管脚可以作为普通 GPIO 应用。

接口应用

TCS600U 模组硬件设计指南

SPI 串行接口

管脚描述

管脚号 管脚名 信号类型 电源域 功能描述
1 SPI_CLK DO V_PAD_1V8_RTC SPI1 时钟信号输出
2 SPI_DIN DI V_PAD_1V8_RTC SPI1 数据输入
3 SPI_DOUT DO V_PAD_1V8_RTC SPI1 数据输出
4 SPI_CS DO V_PAD_1V8_RTC SPI1 片选信号

SPI 接口电气特性及接口应用

TCS600U 的 SPI 只支持 master 模式,参考电路如下:

TCS600U 模组硬件设计指南

TCS600U SPI 接口的电平为 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:

TCS600U 模组硬件设计指南

I2C 总线

管脚描述

TCS600U 共提供 3 组 I2C 接口。

管脚号 管脚名 信号类型 电源域 功能描述
11 CAM_I2C_SCL IO V_PAD_1V8 Camera I2C 时钟信号
12 CAM_I2C_SDA IO V_PAD_1V8 Camera I2C 数据信号
56 I2C2_SDA IO V_PAD_1V8 I2C2 数据信号
57 I2C2_SCL IO V_PAD_1V8 I2C2 时钟信号
69 I2C3_SDA IO V_PAD_1V8 I2C3 数据信号
70 I2C3_SCL IO V_PAD_1V8 I2C3 时钟信号

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 V_GLOBAL_1V8

TCS600U 模组硬件设计指南

本模组 I2C 总线的接口电压是 1.8V,如果要接 3.3V/5V 的 I2C 设备,则需要加电平转化那电路。

TCS600U 模组硬件设计指南

PCM 接口

TCS600U 支持一路数字 PCM 接口,Open CPU 模式下可以增加外置音频 codec,PCM 管脚与 SPI FLASH 接口复用。

管脚描述

管脚号 管脚名 信号类型 电源域 功能描述
58 PCM_SYNC/SPI_FLASH_CS DO V_PAD_1V8 PCM 语音同步信号
59 PCM_DIN/SPI_FLASH_D0 DI V_PAD_1V8 PCM 语音数据输入
60 PCM_DOUT/SPI_FLASH_D1 DO V_PAD_1V8 PCM 语音数据输出
61 PCM_CLK/SPI_FLASH_CLK DO V_PAD_1V8 PCM 语音时钟信号

接口应用

TCS600U 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。

TCS600U 模组硬件设计指南

SPI FLASH 接口

TCS600U 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 PCM 接口复用。

管脚描述

管脚号 管脚名 型号类型 电源域 功能描述
61 PCM_CLK/SPI_FLASH_CLK DO V_PAD_1V8 SPI FLASH 时钟信号
58 PCM_SYNC/SPI_FLASH_CS DO V_PAD_1V8 SPI FLASH 片选信号
59 PCM_DIN/SPI_FLASH_D0 IO V_PAD_1V8 SPI FLASH 数据位 0
60 PCM_DOUT/SPI_FLASH_D1 IO V_PAD_1V8 SPI FLASH 数据位 1
69 I2C3_SDA/SPI_FLASH_D2 IO V_PAD_1V8 SPI FLASH 数据位 2
70 I2C3_SCL/SPI_FLASH_D3 IO V_PAD_1V8 SPI FLASH 数据位 3

接口应用

TCS600U 模组硬件设计指南

注意:模组支持的 FLASH 型号请参考嵌入式文档。

SPI LCD 接口

TCS600U 支持一路 LCD 专用 SPI 接口,用于驱动 SPI LCD 屏幕:

  • 最大支持 320*240 分辨率,30 帧
  • 内置图像处理单元
  • 支持格式: YUV4 : 2 : 0,YUV4 : 2 : 2,RGB565,ARGB8888
  • 目前只支持 4 线 8 bit一通道类型的 LCD
  • 支持 1.8V /2.8V LCD 屏幕

管脚描述

管脚号 管脚名 信号类型 电源域 功能描述
62 LCD_TE DO V_LCD SPI LCD 帧同步信号
63 LCD_SPI_RS DO V_LCD SPI LCD 寄存器选择
64 LCD_RST DO V_LCD SPI LCD 复位信号
65 LCD_SPI_CS DO V_LCD SPI LCD 片选信号
66 LCD_SPI_DOUT DO V_LCD SPI LCD 数据信号
67 LCD_SPI_CLK DO V_LCD SPI LCD 时钟信号
134 LCD_VDDIO PO LCD 数字电源,默认 1.8V,Iomax=200mA
138 LCD_AVDD PO LCD 模拟电源,默认 3.0V,Iomax=150mA

接口应用

TCS600U 模组硬件设计指南

电路设计要求

  • 预留电阻电容,对射频干扰有一定的抑制效果。
  • VBAT 是 LCD 背光灯供电正极,此电源可根据 LCD 模组的需求,自行设计。
  • 背光控制需用 PWM 控制,通过调整 PWM 占空比来调整背光亮度。
  • R74 电阻根据屏幕背光的导通电流来做调整。

SPI CAMERA 接口

TCS600U 支持一路 SPI camera 输入接口,可用于扫码、拍照等应用,不支持视频。

  • 最高像素 30W 像素
  • 支持数据格式 YUV422、Y420、RAW8、RAW10
  • 集成 GC0310 驱动

管脚描述

管脚号 管脚名 信号类型 电源域 功能描述
10 CAM_MCLK DO V_PAD_1V8 Camera MCLK 时钟输出
11 CAM_I2C_SCL DO V_PAD_1V8 Camera I2C 时钟信号
12 CAM_I2C_SDA IO V_PAD_1V8 Camera I2C 数据信号
13 CAM_SPI_CLK DI V_PAD_1V8 SPI Camera 时钟输入
14 CAM_SPI_D0 DI V_PAD_1V8 SPI Camera 数据输入 0
15 CAM_SPI_D1 DI V_PAD_1V8 SPI Camera 数据输入 1
16 CAM_PWDN DO V_PAD_1V8 Camera 关断信号
120 CAM_RST DO V_PAD_1V8 Camera 复位信号
17 CAM_VDD PO Camera 模拟电源,电压范围 1.6~3.2V,默认 1.8V,Iomax=100mA,开机后默认是关闭状态
68 CAM_VDDIO PO Camera 数字电源,电压范围 1.4~2.1V,默认 1.8V,Iomax=100mA,开机后默认是关闭状态

接口应用

TCS600U 模组硬件设计指南

电路设计要求

  • CAM 信号线上串联 33 Ω 电阻和 33 pF 电容,以减小射频干扰。

  • AVDD、DVDD、DOVDD 电源上的滤波电容靠近连接器端摆放。

  • Layout 布线时,摄像头接口走线应远离 RF 线和 VBAT 电源线,尤其是时钟线与信号线。

  • 时钟线与信号线也要分别做包地处理,以防止干扰。

  • 模拟电源 CAM_VDD 要包地处理,整个摄像头的模拟部分是由 CAM_VDD 供电。

麦克风接口

TCS600U 支持一路模拟音频输入接口。

管脚描述

管脚号 管脚名 信号类型 功能描述
23 MIC- AI 麦克风输入通道负
24 MIC+ AI 麦克风输入通道正
25 MIC_BIAS PO 麦克风偏置电压电源

接口应用

TCS600U 模组硬件设计指南

电路设计要求

  • MIC+ 和 MIC- 走线需要严格按照差分线控制,做到平行和等长。

  • 在靠近麦克风的位置添加 33pF,10pF 滤波电容用于滤除高频干扰。

  • 在靠近麦克风的位置添加 TVS 保护管,放置静电击穿。

喇叭接口

TCS600U 支持一路模拟音频输出接口。

管脚描述

管脚号 管脚名 信号类型 功能描述
21 SPK- AI 音频差分输出通道负,驱动 32Ω 受话器,无内置功放,外接 8Ω 喇叭需要外接音频功放
22 SPK+ AI 音频差分输出通道正,驱动 32Ω 受话器,无内置功放,外接 8Ω 喇叭需要外接音频功放

接口应用

音频输出无内置功放,直接驱动 32Ω 受话器。

TCS600U 模组硬件设计指南

增加外置音频功放电路。

TCS600U 模组硬件设计指南

电路设计要求

  • SPK+ 和 SPK- 走线需要严格按照差分线控制,做到平行和等长。

  • 在靠近麦克风的位置添加 33pF,10pF 滤波电容用于滤除高频干扰。

  • 在靠近喇叭的位置添加 TVS 保护管,放置静电击穿。

ADC 接口

TCS600U 支持 2 路 ADC 输入。

管脚描述

管脚号 管脚名 信号类型 功能描述
19 ADC0 AI 模数转换器, 输入范围 0~VBAT,通道 0,分辨率 11bits
20 ADC1 AI 模数转换器, 输入范围 0~VBAT,通道 0,分辨率 11bits

ADC 性能

参数 条件 最小值 典型值 最大值 单位
分辨率 - 11 - bits
输入电压范围 Input scale ratio=1:1 0 - 1.25 V
Input scale ratio=1.92:1 0 - 2.4 V
Input scale ratio=1.92:1 0 - 2.4 V
Input scale ratio=2.56:1 0 - 3.2 V
Input scale ratio=4:1 0 VBAT 5 V
精度 Input scale ratio=1:1 - 10 - mV
Input scale ratio=4:1
input 3.6 ~ 4.2 V
- 20 - mV
转换时间 - 50 - us

注意

  • 在 VBAT 没有供电的情况下,ADC 接口不要接任何输入电压。
  • ADC 的极限输入电压是 5V。
  • 软件默认设置的量程是 0-VBAT,如果输入电压超过 VBAT,会导致 ADC 获取的值误差很大。
  • 可以通过软件设置不同的量程,来调整 ADC 的精度。

MAIN_RI 和 MAIN_DTR 接口

管脚描述

管脚号 管脚名 信号类型 功能描述
39 MAIN_DTR DI 休眠唤醒控制
40 MAIN_RI DO 串口 1 输出振铃提示

MAIN_RI

在 AT 指令和通用对接模式下,当模组需要通过主串口,USB 端口时尚包信息时,MAIN_RI 都会有制式作用。

状态 MAIN_RI 信号
IDLE 高电平
AT 模式 当有 URC 返回时,MAIN_RI 拉低并保持 120 ms 低电平,再恢复高电平
TUYA OS 通用对接 当有 URC 返回时,MAIN_RI 拉低并保持 60 ms 低电平,再恢复高电平,低电平保持时间可由通用对接指令进行修改,设置范围 10ms~10s

MAIN_DTR

在模组睡眠状态下,可以通过 MAIN_DTR 唤醒模组。

状态 MAIN_RI 信号
Sleep 高电平(拉低无法进入睡眠)
WAKEUP 主机拉低 MAIN_DTR 可以唤醒模块

天线接口

天线管脚描述

管脚号 管脚名 功能描述
46 LTE_ANT 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

TCS600U 模组硬件设计指南

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:

TCS600U 模组硬件设计指南

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。

TCS600U 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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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

TCS600U 模组共有 106 个引脚,其中 76 个为 LCC 引脚,另外 30 个为 LGA 引脚。

TCS600U 尺寸大小:21.9 mm ± 0.35 (W) × 22.9 mm ± 0.35 (L) × 2.4 mm ± 0.15(H), 其中PCB厚度 0.8 mm ± 0.1 mm。

机械尺寸

TCS600U 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

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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%,如果单个开孔面积过大,可在中间隔断 0.3mm。