干货分享：Air700ECQ的硬件设计，第一部分

​# 一、绪论

Air700ECQ是一款基于移芯EC716E平台设计的LTE Cat 1无线通信模组。支持移动双模FDD-LTE/TDD-LTE的4G远距离无线传输技术。以极小封装，极高性价比，满足IoT行业的数传应用需求。例如共享应用场景，定位器场景，DTU数传场景等。

图表 1：功能框图

二、综述

表格 1：模块型号列表

型号	Air700ECQ
LTE-TDD	B34/B38/B39/B40/B41
LTE-FDD	B3/B8
IO电平	1.8V
模块尺寸	13.45mm10.5mm1.7mm(+-0.15mm)
封装	LGA
备注	4G LTE 移动版

2.1 主要性能

表格 2：模块主要性能

特征	说明
CPU	* Cortex M3 @ 204MHz216KB ICache
Flash	* Nor Flash 4MB
RAM	* PSRAM 1MB
支持频段	* LTE-TDD：B34/B38/B39/B40/B41* LTE-FDD: B3/B8
发射功率	* LTE-FDD：Class3(23dBm+-2dB)* LTE-TDD：Class3(23dBm+1/-3dB)
供电	* VBAT 3.3V ~ 4.3V，典型值3.8V
LTE 特性	* 最大支持non-CA CAT1* 支持1.4~20MHz射频带宽* LTE-FDD：最大上行速率 5Mbps，最大下行速率 10Mbps* LTE-TDD：上下行配置1 最大上行速率 4Mbps，最大下行速率 6Mbps * LTE-TDD：上下行配置2 最大上行速率 2Mbps，最大下行速率 8Mbps
网路协议特性	* 已支持TCP/UDP/PPP/HTTP/NITZ/NDIS/NTP/HTTPS/MQTT
USIM 卡接口	* 支持USIM/SIM卡：1.8V和3V

USB 接口 串口	* 支持USB 2.0 High speed（只支持从模式），数据传输速率最大到 480Mbps* 用于AT指令、数据传输、软件调试、软件升级* USB 虚拟串口驱动：支持Windows 7/8.1/10，Linux 2.6.x/3.x/4.1， Android 4.x/5.x/6.x/7.x 等操作系统下的USB 驱动
MAIN_UART： * 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） AUX_UART： * 通用串口 DBG_UART： * 用于输出调试信息
I2C	* 2路I2C接口
SPI	* 1路SPI接口
天线接口	* 一个LTE天线接口
温度范围	* 正常工作温度：-35°C～+70°C* 极限工作温度：-40°C～+85°C
RoHS	* 所有器件完全符合RoHS标准
物理特性	* 13.45mm10.5mm1.7mm(+-0.15mm)* 重量：约2.3g
封装	* 50个管脚，实际可用管脚详见管脚图

三、应用接口

模块采用LGA封装，50个SMT焊盘管脚，以下章节将详细阐述Air700ECQ各接口的功能

3.1 管脚描述

​

图表 2：Air700ECQ 管脚排列图（正视图）

表格 3：管脚描述

电源

​

串口

​

USB接口
管脚名	管脚号
VBUS	6
USB_DP	7
USB_DM	8
USIM接口
管脚名	管脚号
SIM_RST	10
SIM_CLK	11
SIM_DAT	12
SIM_VDD	13
SIM_DET	48

模数转换 ADC 接口

管脚名	管脚号	IO	描述	电气特性	备注
ADC0	34	AI	模数转换ADC 通道 0	量程 0~3.3V	若超量程需要外部电阻分压
ADC1	35	AI	模数转换ADC 通道 1	量程 0~3.3V	若超量程需要外部电阻分压
I2C接口
管脚名	管脚号	IO	描述	电气特性	备注
I2C0_SDA	33	OD	I2C 接口数据信号	DC 电平:VDD_EXT	不用则悬空
I2C0_SCL	49	OD	I2C 接口时钟信号	DC 电平:VDD_EXT	不用则悬空
I2C1_SDA	38	OD	I2C 接口数据信号	DC 电平:VDD_EXT	不用则悬空
I2C1_SCL	37	OD	I2C 接口时钟信号	DC 电平:VDD_EXT	不用则悬空

天线接口

​

LED 指示灯接口

管脚名	管脚号	IO	描述	电气特性	备注
NET_STATUS	27	0	网络状态指示灯	DC 电平:LDO_AON	不用则悬空
通用GPIO
管脚名	管脚号	IO	描述	电气特性	备注
GPIO1	30	IO	通用GPIO	DC 电平:VDD_EXT	不用则悬空
GPIO2	39	IO	通用GPIO	DC 电平:VDD_EXT	不用则悬空
GPIO3	40	IO	通用GPIO	DC 电平:VDD_EXT	不用则悬空
AGPIO5	41	IO	通用GPIO	DC 电平:LDO_AON	不用则悬空
其他IO口
管脚名	管脚号	IO	描述	电气特性	备注
AGPIOWU1	29	DI	外部输入中断	DC 电平:LDO_AON	Opencpu 二次开发用
WUKUP0	26	DI	外部输入中断	DC 电平:LDO_AON	Opencpu 二次开发用

***** 注:

1. **二次开发 **GPIO复用功能详见对应《_GPIO_table》
2. LDOAON为芯片内部部分 GPIO供电电源，由此电源供电的 IO口休眠状态下能够保持。
3. 所有 GPIO和 wakeuppad都支持双边沿中断；

**可以复用为 ****wakeup ****的 ** io **，休眠以及唤醒状态下都能使用；其余 ****io **唤醒状态下可用，休眠状态下不能使用；

wakeupio可以唤醒休眠，其余 GPIO都不可以。

表格 4：IO 参数定义

类型	描述
IO	Input/Output
DI	Digital Input
DO	Digital Output
PI	Power Input
PO	Power Output
AI	Analog Input
AO	Analog Output
OD	Open Drain Output

3.2 工作模式

下表简要的叙述了接下来几章提到的各种工作模式。

表格 5：工作模式

模式		描述
正常工作	ACTIVE	连接正常工作。有数据或者语音或者短信交互。此模式下，模块功耗取决于环境信号的强弱，动态DTX控制以及射频工作频率。
IDLE SLEEP1 SLEEP2 HIBERNATE OFF	MCU 内核时钟关闭，系统中断随时可以唤醒模块。模块注册上网络，没有数据，语音和短信交互。进入和退出IDLE模式均由系统自动管理 休眠模式下。外设均会被关闭，大部分IO处于掉电状态，仅有AGPIO能够保持电平，功耗极大降低。通过AT+CSCLK=1或者AT+CSCLK=2进入此模式 在休眠模式基础上，关闭SRAM, 仅保持64KB SRAM（ASMB）区域存储必要信息。功耗进一步降低， 在此模式下DeepSleep Timer仍然然可以运行。通过 WAKUP管脚可以唤醒，但是软件需要重新初始化。AT版本不支持此休眠模式 在休眠模式基础上，进一步关闭64KB SRAM（ASMB）区域, 功耗最低。在此模式下DeepSleep Timer仍然然可以运行。通过WAKUP管脚可以唤醒，但是软件需要重新初始化。AT版本不支持此休眠模式 此模式下PMU停止给基带和射频供电，软件停止工作，串口不通，但VBAT管脚 依然通电
休眠模式
深度休眠模式
超深度休眠模式
关机模式

注意：

1. 当模块进入休眠模式或深度休眠模式后，部分GPIO 会处于掉电关闭状态，掉电 IO 口均无法响应中断，无法唤醒模块退出休眠模式。休眠掉电GPIO 口请参考
2. 模块进入休眠状态后只能通过以下管脚中断唤醒退出休眠模式。

管脚名	序号	功能	描述
PWRKEY	1	开机关机	通拉低开机管脚触发中断
MAIN_TXD/RXD	14，15	主串口	通过给串口发数据唤醒模块
MAIN_DTR	50	模块唤醒管脚	拉低触发中断唤醒
VBUS	6	USB 插入唤醒	USB插入，或拉高触发

3.3 电源供电

3.3.1 模块电源工作特性

在模块应用设计中，电源设计是很重要的一部分。由于LTE射频工作时最大峰值电流高达1.5A，在最大发射功率时会有约700mA的持续工作电流，电源必须能够提供足够的电流，不然有可能会引起供电电压的跌落甚至模块直接掉电重启。

3.3.2 减小电压跌落

模块电源VBAT电压输入范围为3.3V~4.3V，但是模块在射频发射时通常会在VBAT电源上产生电源电压跌落现象，这是由于电源或者走线路径上的阻抗导致，一般难以避免。因此在设计上要特别注意模块的电源设计，在VBAT输入端，建议并联一个低ESR(ESR=0.7Ω)的100uF的钽电容，以及100nF、33pF、10pF滤波电容，VBAT输入端参考电路如图4所示。并且建议VBAT的PCB走线尽量短且足够宽，减小VBAT走线的等效阻抗，确保在最大发射功率时大电流下不会产生太大的电压跌落。建议VBAT走线宽度不少于1mm，并且走线越长，线宽越宽。

3.3.3 供电参考电路

电源设计对模块的供电至关重要，必须选择能够提供至少1A电流能力的电源。若输入电压跟模块的供电电压的压差小于2V，建议选择LDO作为供电电源。若输入输出之间存在的压差大于2V，则推荐使用开关电源转换器以提高电源转换效率。

LDO供电：

下图是5V供电的参考设计，采用了Micrel公司的LDO，型号为MIC29302WU。它的输出电压是4.16V，负载电流峰值到3A。为确保输出电源的稳定，建议在输出端预留一个稳压管，并且靠近模块VBAT管脚摆放。建议选择反向击穿电压为5.1V，耗散功率为1W以上的稳压管。

​

图表4：供电输入参考设计 图表 6：DCDC 供电输入参考设计

DC-DC 供电：

下图是 DC-DC 开关电源的参考设计，采用的是杰华特公司的 JW5359M 开关电源芯片，它的最大输出电流是 2A，输入电压范围 3.7V~18V。注意 C25 的选型要根据输入电压来选择合适的耐压值。

3.3.4 开关机

开机

管脚名	类型	序号	描述
PWRKEY	DI	1	模块开机/关机控制脚

在VBAT供电后，可以通过如下两种方式来触发Air700ECQ开机：

1. 按键开机: PWRKEY管脚通过轻触按键连接到地，按键按下1秒以上实现开机。
2. 上电开机：将PWRKEY管脚直接短接到地，VBAT上电后就可以实现开机。

******PWRKEY **管脚开机

VBAT上电后，可以通过PWRKEY管脚启动模块，把PWRKEY管脚拉低1秒以上之后模块会进入开机流程，软件会检测VBAT管脚电压，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，会停止执行开机动作，系统会关机，开机成功后PWRKEY管脚可以释放。可以通过检测VDD_EXT管脚的电平来判别模块是否开机。推荐使用开集驱动电路来控制PWRKEY管脚。下图为参考电路：

​

图表 5：开集驱动参考开机电路

另一种控制PWRKEY管脚的方法是直接使用一个按钮开关。按钮附近需放置一个TVS管用以ESD保护。下图为参考电路：

图表 6：按键开机参考电路

3.4 上电开机

将模块的PWRKEY 直接接地可以实现上电自动开机功能。需要注意，在上电开机模式下，将无法关机，只要 VBAT 管脚的电压大于开机电压即使软件调用关机接口，模块仍然会再开机起来。另外，在此模式下，要想成功开机起来 VBAT 管脚电压仍然要大于软件设定的开机电压值（3.3V），如果不满足，模块会关闭，就会出现反复开关机的情况。

对于用电池供电的应用场景不建议用 PWRKEY 接地的上电自动开机方式。

3.4.2 关机

以下的方式可以关闭模块：

• 正常关机：使用PWRKEY管脚关机
• 正常关机：通过AT指令AT+CPOWD关机
• 低压自动关机：模块检测到低电压时关机，可以通过AT指令AT+CBC 来设置低电压的门限值；

******PWRKEY **管脚关机

PWRKEY 管脚拉低 1.5s 以上时间，模块会执行关机动作。

关机过程中，模块需要注销网络，注销时间与当前网络状态有关，经测定用时约2s~12s，因此建议延长

12s后再进行断电或重启，以确保在完全断电之前让软件保存好重要数据。时序图如下：

低电压自动关机

模块在运行状态时当 VBAT 管脚电压低于软件设定的关机电压时（默认设置 3.3V），软件会执行关机动作关闭模块，以防低电压状态下运行出现各种异常。

复位

管脚名	类型	序号	电压域	描述
RESET_N	DI	16	-	模块复位输入，低有效；无需外部上拉

RESET_N 引脚可用于使模块复位。 拉低RESET_N 引脚 100ms 以上可使模块复位。 RESET_N 信号对干扰比较敏感， 因此建议在模块接口板上的走线应尽量的短，且需包地处理。

参考电路：

​

注意：

1. 复位功能建议仅在AT+CPOWD 和PWRKEY 关机失败后使用。

**3.5. ****串口 **

模块提供了三个通用异步收发器：主串口 MAIN_UART、AUX_UART、DBG_UART。

**3.5.1. ****MAIN_UART **

表格 6：MAIN_UART 管脚定义

**3.5. ****串口 **

模块提供了三个通用异步收发器：主串口 MAIN_UART、AUX_UART、DBG_UART。

**3.5.1. ****MAIN_UART **

表格 6：MAIN_UART 管脚定义

管脚名	类型	序号	电压域	描述
MAIN_TXD	DO	14	VDD_EXT	MAIN_UART 发送数据
MAIN_RXD	DI	15	VDD_EXT	MAIN_UART 接收数据

管脚

主串口 MAIN_UART 用来进行 AT 指令通讯。MAIN_UART 支持固定波特率, 不支持自适应波特率

MAIN_UART 在休眠状态下保持的功能，能够唤醒模块

MAIN_UART 的特点如下：

8个数据位，无奇偶校验，一个停止位。

用以AT命令传送，数传等。

支持波特率如下：600,1200,2400,4800,14400,9600,19200,38400,57600,115200,230400,460800,921600bps

注意：

MAIN_UART 在开机过程中短时会输出固定调试信息

**3.5.2. ****AUX_UART **

表格 7：AUX_UART 管脚定义

名

管脚名	类型	序号	电压域	描述
AUX_TXD	DO	31	VDD_EXT	AUX_UART 发送数据
AUX_RXD	DI	32	VDD_EXT	AUX_UART 接收数据

AUX_UART为辅助串口，不支持AT指令交互，用于某些外设通信，如对接GNSS定位模块等。

AUX_UART休眠后会关闭，无法通过给AUX_UART发送数据进行唤醒。

**3.5.3. **DBG_UART

管脚名	类型	序号	电压域	描述
DBG_TXD	DO	3	VDD_EXT	调试串口，输出 AP log，

型

DBG_UART 用来软件调试时输出 AP trace，建议预留测试点。

DBG_UART 在开机过程中短时会输出固定调试信息。

DBG_TX、DBG_RX 默认功能为系统底层日志口，进行模块硬件设计时，在剩余功能引脚充足的前提

下，避免使用 DBG_TX 和 DBG_RX。

如果将此引脚复用为其他功能，则无法从 DBG_TX 和 DBG_RX 抓取系统日志。

在某些场景下，如果模块出现异常，无法抓到问题日志，只能通过硬件改版，引出 DBG_TX、

DBG_RX，抓取日志再进行分析。

包括但不限于以下两种场景：

1、低功耗场景：

在低功耗场景下，USB 无法使用，只能通过 DBG_TX、DBG_RX 来抓取日志。

2、非低功耗场景：

模块接入 USB 时，工作正常，未接入 USB 时，工作异常的情况，只能通过 DBG_TX、DBG_RX 来抓取

日志。

**3.5.4. ****串口连接方式 **

串口的连接方式较为灵活，如下是三种常用的连接方式。

三线制的串口请参考如下的连接方式：

​

图表 7：串口三线制连接方式示意图

**3.5.5. ****串口电压转换 **

Air700ECQ 模块的串口电平为 1.8V，能够满足大部分外设，主控的串口直接需求，但是如果要和 3.3V

或者以上的 MCU 或其他串口外设通信，那就必须要加电平转换电路：

​*

注意

如果低功耗需求上拉不能用vdd-ext，要用agpio或者外部ldo做上拉

此电平转换电路不适用波特率高于460800 bps的应用。

D2 必须选用低导通压降的肖特基二极管。

肖特基二极管以及 NPN 三极管的推荐型号如下：

物料名称	型号	厂商	描述
	RB521S-30	江苏长电	Schottky Diode;30V;200mA;SOD523;1.60.80.6mm
PSB521S-30	上海智晶	Schottky Diode;30V;200mA;SOD523;1.60.80.6mm
LRB521S- 30T1G	LRC	Schottky Diode;30V;200mA;SOD523;1.60.80.6mm
PSBD521S-30	Prisemi	Schottky Diode;30V;200mA;SOD523;1.60.80.6mm
NPN三极管	MMBT3904	江苏长电	Transistor;NPN;40V;200mA;SOT23;1.1mm;ROHS
MMBT3904	上海智晶	Transistor;NPN;40V;200mA;SOT23;1.1mm;ROHS
LMBT3904LT1G	LRC	Transistor;NPN;40V;200mA;SOT23;1.1mm;ROHS

对于波特率高于 460800bps 的应用，可以通过外加电平转换芯片来实现电压转换，参考电路如下：

​

此电路采用的是电平转换芯片是 TI 的 TXS0108E， 8 位双向电压电平转换器，适用于漏极开路和推挽

应用，最大支持速率：

推挽：110Mbps

开漏：1.2Mbps

**3.6. ****USB ****接口 **

Air700ECQ 的 USB 符合 USB2.0 规范，支持高速（480Mbps）、全速（12Mbps）模式和低速（1.2Mbps）

模式。USB 接口可用于 AT 命令传送，数据传输，软件调试和软件升级。

表格 8：USB 管脚定义

管脚名	类型	序号	描述
USB_DP	IO	7	USB 差分信号正，走线需控制 90 欧姆差分阻抗
USB_DM	IO	8	USB 差分信号负，走线需控制 90 欧姆差分阻抗
VBUS	DI	6	USB 插入唤醒，模块内部电阻分压。（非必须）

USB接口参考设计电路如下：

​

图表 8：USB 接口参考设计

注意事项如下：

1. USB 走线需要严格按照差分线控制，做到平行和等长；
2. USB 走线的阻抗需要控制到差分 90 欧姆；
3. 需要尽可能的减少 USB 走线的 stubs，减少信号反射；USB 信号的测试点最好直接放在走线上以

减少 stub；

4. 尽可能的减少 USB 走线的过孔数量；
5. 在靠近 USB 连接器或者测试点的地方添加 TVS 保护管，由于 USB 的速率较高，需要注意 TVS 管

的选型，保证选用的 TVS 保护管的寄生电容小于 1pF

6. VBUS 作为 USB 插入唤醒作用，并不直接参与 USB 插入检测，非必须，在不需要 USB 插入唤醒的

场景也可以不接

**3.7. ****USB **下载模式

管脚名	类型	序号	电压域	描述
BOOT	DI	25		在开机之前上拉到 VDD_EXT，模块会强行进入 USB 下载模式，BOOT 须留测试点，方便后续升级软件

Air700ECQ 模块进入 USB 下载模式：

1. 在开机之前，把 BOOT 上拉到 VDD_EXT
2. 给模块上电，POWKEY 拉低，开机
3. 成功进入下载模式后，PC 端会虚拟出单个串口。

管脚名	类型	序号	电压域	描述
I2C0_SCL	IO	49	VDD_EXT	I2C 时钟信号，用作 I2C 时需外加 1.8V 上拉
I2C0_SDA	IO	33	VDD_EXT	I2C 数据信号，用作 I2C 时需外加 1.8V 上拉
I2C1_SCL	IO	37	VDD_EXT	I2C 时钟信号，用作 I2C 时需外加 1.8V 上拉
I2C1_SDA	IO	38	VDD_EXT	I2C 数据信号，用作 I2C 时需外加 1.8V 上拉

3.8 I2C

Air700ECQ 可支持两路 I2C 接口：

 兼容 Philips I2C 标准协议

 支持 Fast mode （400Kbps）和 Slow mode（100Kbps）

 只支持 master 模式，不支持 slaver 模式

 可通过软件来配置内部的上拉电阻，1.8K 或者 20K

 理论上最多可支持 127 个从设备

I2C 的参考电路如下：

​

Air700ECQ 的 I2C 接口电压固定 1.8V，能够满足大部分外设的直接需求，但是如果要和 3.3V 或者以上 电平的外设通信，那就必须要加电平转换电路：

​

电平转换用的 NMOS 管必须选用结电容小于 50pF 的型号，推荐型号如下：

物料名称	型号	厂商	描述
NMOS	BSS138	江苏长电	N 沟道,50V,0.22A,SOT-23,ROHS
BSS138	UMW(友台半导体)	N 沟道,50V,0.3A,SOT-23,ROHS

**3.9. ****SIM ****卡接口 **

Air700ECQ 支持 1 路 SIM 卡接口，支持 ETSI 和 IMT-2000 卡规范，支持 1.8V 和 3.0V USIM 卡。SIM 接口

下表介绍了 SIM 接口的管脚定义。

表格 9：SIM 卡接口管脚定义

接口	管脚名	序号	描述
SIM	SIM_VDD	13	SIM 卡供电电源，最大供电电流 10mA。 模块可以自动识别 1.8V 或者 3V(U)SIM 卡。
SIM_RST	10	SIM 卡复位信号
SIM_DAT	12	SIM 卡数据信号
SIM_CLK	11	SIM 卡时钟信号

**3.9.1. ****SIM ****接口参考电路 **

下图是 SIM 接口的参考电路，使用 6pin 的 SIM 卡座。

​

图表 9：使用 6pin SIM 卡座参考电路图(SIM)

在SIM卡接口的电路设计中，为了确保SIM卡的良好的功能性能和不被损坏，在电路设计中建议遵循以下设计

原则：

1. SIM卡座与模块距离摆件不能太远，越近越好，尽量保证SIM卡信号线布线不超过20cm。
2. SIM卡信号线布线远离RF线和VBAT电源线。
3. 为了防止可能存在的USIM_CLK信号对USIM_DATA信号的串扰，两者布线不要太靠近，在两条走线之间增

加地屏蔽。且对USIM_RST_N信号也需要地保护。

4. 为了保证良好的ESD保护，建议加TVS管，并靠近SIM卡座摆放。选择的ESD器件寄生电容不大于50pF。在

模块和SIM卡之间也可以串联22欧姆的电阻用以抑制杂散EMI，增强ESD防护。SIM卡的外围电路必须尽量靠近SIM卡座。

本篇文章先分享到这里，接下来我们分享第二部分。

​审核编辑 黄宇