TCS600U 模组硬件设计

更新时间:2024-06-18 01:58:10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,为 TCS600U 模组产品使用者提供了设计开发依据。您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。

背景信息

缩略词

缩略 全称 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 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。

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、8
LTE TDD Band 34、38、39、40、41
VOLTE 支持
GNSS 不支持
BLE4.2 不支持
WIFI SCAN 不支持
模组尺寸 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
  • 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

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 卡热插拔检测,需要上拉到V_GLOBAL_1V8,软件默认不支持,需要通过设置打开热插拔检测
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 SD_DATA0 DI/IO SDIO 数据位 0
40 SD_DATA1 DO/IO SDIO 数据位 1
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 SD_CMD DO/IO SDIO 命令信号
49 SD_DATA2 DI/IO SDIO 数据位 2
50 SD_DATA3 DI/IO SDIO 数据位 3
51 W_DISABLE* DI 飞行模式控制,OpenCPU 模式可用作 GPIO22
52 NET_MODE* DO 注册的网络制式指示
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 指示模组的网络注册状态,模组自处理模式下有效
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
64 LCD_RST DO SPI LCD 复位信号
65 LCD_SPI_CS DO SPI LCD 片选信号
66 LCD_SPI_DOUT DO SPI LCD 数据信号
67 LCD_SPI_CLK DO SPI LCD 时钟信号
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 SPI_FLASH_D2 IO SPI_FLASH_D2
70 MAIN_RI/SPI_FLASH_D3 IO 串口 1 输出振铃提示,,兼容 SPI_FLASH_D3
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 模组开关机控制脚,内部上拉到 VBAT
75 RESET DI 模组复位输入,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
146 USIM2_DATA4 IO USIM2 卡数据信号
147 USIM2_CLK4 DO USIM2 卡时钟信号
148 USIM2_VDD4 PO USIM2 卡供电电源,1.8V/3.0V 自动识别,Iomax=50mA
  • * 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

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 模组电源输入 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。

    • 当系统电压与模组供电压差不大时,建议选择 LDO 进行电压转换。
    • 当系统电压与模组供电压差较大时,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

  • 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

开关机和复位

管脚描述

管脚号 管脚名 功能描述
74 POWER_KEY 模组开关机控制脚,内部上拉到 VBAT
75 RESET 模组复位输入,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,模组将进入开机流程,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组是否开机。

    TCS600U 模组硬件设计
  • 自动开机:如果您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。

  • 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。

    TCS600U 模组硬件设计
  • 关机:在开机状态下,将 POWER_KEY 管脚拉低 1.5s 以上时间,模组会执行关机动作。

  • 推荐使用开集驱动电路来控制模组管脚,电路如下图所示:

    • 开机电路
      TCS600U 模组硬件设计
    • 复位电路
      TCS600U 模组硬件设计

UART

管脚描述

TCS600U 提供 4 路 UART 接口:

  • 串口 1:可用于 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 日志,开发阶段建议预留测试点。

  • ZSP 串口: 输出 CP 日志。

    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

TCS600U 模组硬件设计

模组的串口电平为 1.8V。若您的 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:

TCS600U 模组硬件设计

也可以使用三极管做电平转换:

TCS600U 模组硬件设计

串口 2 与串口 1 的连接方式相同参考上图。

USB

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。

强烈建议所有项目都预留 USB 接口,以供烧录升级和调试使用。

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
  • Micro USB 连接器

    TCS600U 模组硬件设计

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 与模组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
  • 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:

    TCS600U 模组硬件设计

USIM 卡

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

*: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

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

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

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* 注册的网络制式指示
55 NET_STATUS 网络状态指示,模组自处理模式下有效

*: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

SPI 串口

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

TCS600U SPI 接口的电平为 1.8V,若您的 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

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

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

PCM

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

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

SPI FLASH

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

模组支持的 FLASH 型号请参考嵌入式文档。

SPI LCD

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

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

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

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

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

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

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

增加外置音频功放电路。

TCS600U 模组硬件设计

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

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

电路设计要求

  • 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

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 端口传输包信息时,MAIN_RI 都会有指示作用。

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 可以唤醒模组

天线

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,供天线厂家进行匹配调试,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

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

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。
  • 外置天线需要增加 TVS 器件,以防止 ESD 击穿。TVS 器件要求结间电容 Cj 小于 0.5pF。

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

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

    TCS600U 模组硬件设计
  • IPEX-FPC 天线

    TCS600U 模组硬件设计
  • 内置 FPC 天线

    TCS600U 模组硬件设计

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,例如 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

涂鸦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。

  • 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。

TCS600U 模组硬件设计

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

PCB 封装(SMT)

TCS600U 模组硬件设计

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。