LZ2x1 系列模组硬件设计 |
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LZ2x1 系列模组硬件设计
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本文为 LZ2x1 系列模组 产品使用者提供了设计开发依据。您可以对本系列模组有整体认识，对产品的技术参数有明确了解，帮助您完成相关功能类产品或设备的应用开发。 本文旨在给您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、射频性能指标以及电路设计指导。 背景信息 缩略语 缩略语 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 相关文档LZ2x1 系列模组硬件设计适用于 LZ201-CN、LZ211-CN、LZ201-EAU、LZ211-EAU 系列模组。相关文档如下： LZ201-CN 模组规格书 LZ211-CN 模组规格书 LZ211-EAU 模组规格书 LZ2x1 系列模组硬件设计（本文） LZ2x1 系列参考原理图设计 LZ2x1 系列 Open CPU GPIO 配置表 LTE Cat.1 通用串口协议 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，支持外接显示屏、摄像头、键盘矩阵、麦克风、喇叭、充电、MicroSD 卡和 USIM 卡等设备。 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 不支持 不支持 WIFI SCAN 支持 支持 不支持 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 最大 10 Mbps（下行）/ 最大 5 Mbps（上行） LTE-TDD Cat.1 数据速率 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，蓝牙配网功能暂不稳定，建议优先使用二维码方式，详情请参考 打印配网码标签。 Wi-Fi 仅支持 SCAN，可用于室内定位 天线 LTE 天线，蓝牙/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℃ 到 +75℃ 1 扩展工作温度：-40℃ 到 +85℃ 2 软件升级 USB、OTA 升级 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 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： 
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，模组自处理模式下有效，电流源，接 LED GND
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，和 GND 共网络
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，不用电池时需要通过软件关闭低电压关机功能，否则会造成模组关机。
13
USIM_DET
I
USIM 卡热插拔检测，需要上拉到 VDD_EXT，软件默认不支持，需要通过设置打开热插拔检测
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 系列不支持 GNSS，LZ211 系列支持 GNSS。
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
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
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，模组会进入 USB 下载模式，正常开机需要保持悬空
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
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
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
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 300mV，电压跌落不低于模组最低工作电压 3.4V。 
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）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： 
开机和复位
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。 
自动开机：如果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。 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。 
推荐使用开集驱动，电路如下图所示： 开机电路 
复位电路 
UART
管脚描述
本模组提供 3 路 UART 接口： 串口 1：可用于 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
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。如下图所示： 
也可以使用三极管做电平转换： 
串口 2、3 与串口 1 的连接方式相同，参考上图。 USB 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。 强烈建议所有项目都预留 USB 接口，供烧录升级和调试使用。 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，正常开机需要保持悬空 接口应用MCU 对接 
Micro USB 连接器 
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，正常开机。 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。 
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 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，需要上拉到 VDD_EXT，软件默认不支持，需要通过设置打开热插拔检测 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
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 和 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
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
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
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，模组自处理模式下有效，电流源，接 LED GND
NET_MODE 应用
默认不支持信号指示，网络状态通过串口上报 MCU，需要通过软件打开自处理模式才有效，相关状态描述参考软件开发文档。
NET_MODE 为电流源，需接到 LED 负极。
SPI 串口
管脚描述
管脚号
信号名称
功能描述
37
SPI_CS_N
SPI 片选信号
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： 
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。 
PCM
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
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。 
SPI FLASH
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
模组支持的 FLASH 型号请参考嵌入式文档。 充电 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，不用电池时需要通过软件关闭低电压关机功能，否则会造成模组关机 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： 
分立器件参考电路： 
电路设计要求
系统热设计考虑，线性充电电流推荐 |
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