硬件啟動的核心驅動力：開機電路設計原理探析！

開機電路是硬件啟動的“心臟”，其設計優劣直接影響設備的響應效率與可靠性。聚焦電路觸發機制、時序分配與電源管理三大核心，深入探析開機電路的工作原理，助力提升硬件設計水平。

本文應工程師朋友邀請，特別分享開機電路設計相關內容。
 

模組的上電開機是硬件設計調試的基礎，合理的電路設計與優化，可提高模組開機的穩定性與可靠性，確保模組正常運行與功能實現。

一、Air780EPM開機相關管腳概述

Air780EPM模組：LGA封裝，16*18*2.3mm，共有109個管腳；開機正常啟動所涉及到的管腳，如下圖表所示：

1. 供電管腳（VBAT）

管腳編號：43、42

供電范圍：3.3V - 4.3V，為模塊正常啟動與運行提供基礎電力保障。

2. 參考地（GND）

管腳編號：40、41等多個

功能描述：模塊每個GND管腳都需良好接地，保障電路信號穩定與模塊正常運行。

3. 開機控制管腳（PWRKEY）

管腳編號：7

功能描述：PWRKEY為開機管腳，需拉低實現開機操作，其電路上拉電阻到VBAT，按鍵按下時PWRKEY腳電壓被拉低，觸發模塊上電開機流程；建議外部增加10uF電容到地濾波，且走線要短，避免干擾。

4. 復位管腳（RESET_N）

管腳編號：15

功能描述：RESET_N是復位管腳（注意！是重啟，不是關機，與合宙老型號Air780E的處理邏輯不一樣），有專用的 GPIO 引腳對外引出，可直連到按鍵。

5. IO參考電壓管腳（VDD_EXT）

管腳編號：24

功能描述：該管腳是電壓輸出管腳，休眠掉電，在電路設計中需考慮其與外部電路的配合，確保模塊在不同工作模式下的電壓供應與信號參考穩定。

6. 下載模式選擇管腳（USB_BOOT）

管腳編號：82

功能描述：USB_BOOT是模塊進入下載模式的控制管腳，拉高有效，上拉到VDD_EXT，需注意在PCB布線時避免干擾，防止誤觸發下載模式，影響模塊正常開機啟動。

二、Air780EPM開機必要條件及其電路設計要點

Air780EPM模組要正常運行開機，需要滿足幾個必要條件。

大家在實際應用中如果遇到模組開機問題，可以參考以下開機條件進行逐一排查。在前期設計階段，也要根據這些要求來優化外部電路設計（尤其是電源部分）。

1、VBAT供電管腳電壓符合工作電壓范圍

1.1 供電電壓3.3V~4.3V

注意實際Air780EPM正常開機的電壓范圍，要大于規格書所給的工作范圍，為3.1V~4.5V；但是實際使用中不建議超過3.3V~4.3V，避免射頻指標惡化。

部分高壓鋰電池充滿狀態下，電壓能達到4.35V~4.4V，雖然超過4.3V的建議電壓最大值，但是請放心使用——因為滿電工作時間較短，而且考慮電池內阻因素，到達模組芯片端的電壓會低于4.3V。

1.2 持續供電電流大于1A，瞬間供電電流大于2A

由于4G-Cat.1射頻工作特性，在射頻發射瞬間會產生脈沖電流，脈沖電流最大會高達1.5~2A，持續時間百uS級別。

若供電能力不夠或者電源走線通路阻抗過高會引起VBAT供電電源跌落，嚴重時會造成周期性的反復重啟。

電源的跌落，可以用示波器進行測量。切記不能用萬用表。

可以從開機日志判斷，比如用LuaTool通過鏈接Air780EPM的USB接口進行日志抓取，如果周期反復出現開機日志的打印，就可以考慮電源跌落原因。

1.3 VBAT供電紋波小于400mV（經驗值）

由于4G-Cat.1射頻工作特性，在射頻工作時，很難保證VBAT供電的穩定不跌落。且在外部電源電路設計不合理的情況下（尤其是DCDC BUCK電源），都會在VBAT電源上存在抖動和紋波。

從經驗來看，若跌落和紋波小于400mV的情況下不會對模組工作產生影響；但如果高于此范圍，會有射頻惡化的風險，以及低電壓掉電重啟的風險。

如果優化，除了優化供電設計外，可以在VBAT管腳附近加大電容來減小紋波。官方參考設計推薦1000uf，比較保守，實際產品由于小型化或其他空間原因可以按照實際情況減小此電容的容值，以減小空間。如果空間允許，建議無腦加上，增加系統健壯性。

2、開機管腳PWRKEY（7pin）觸發開機動作

Air780EPM模組不同于通常的MCU的上電開機；開機需要觸發開機事件，也就是PWRKEY管腳拉低（拉低時間>1秒)，觸發開機。

PWRKEY管腳只要VBAT管腳電壓大于3.1V時就會為高，而且是內部拉高。

特別提醒：PWRKEY外部不能有任何上拉電路，否則會出現系統啟動的不穩定風險。

推薦如下幾種開機方式，可根據實際情況靈活選用：

2.1 開集驅動開機電路

適合由主控MCU io口控制模組開機的方式：

2.2 按鍵開機方式

適合于Air780EPM做主控的方式，比如Open二次開發方式：

2.3 PWRKEY接地方式

雖然Air780EPM不支持上電啟動開機的方式，但是可以將PWRKEY直接接地的方式來變相實現上電開機的目的。

但是這種方式有個缺點：

畢竟是硬件實現的上電開機，會導致模組VBAT電壓在關機電壓臨界點時（比如用電池供電，低電量情況下），會出現反復上電開關機的情況，進一步將電池放電。

三、復位管腳RESET_N處于釋放狀態（沒有被外部拉低）

復位管腳RESET_N為重啟（注意！是重啟，不是關機，與老型號Air780E的處理邏輯不一樣)，硬件拉低時間建議大于500ms。

RESET_N管腳與PWRKEY管腳類似，由模組內部拉高，禁止任何形式的外部拉高。

如若RESET_N管腳一直被外部拉低且不被釋放，模組則一直處于復位狀態，不能正常啟動，因此復位管腳也要作為模組不啟動的排查對象。

RESET_N也有如下操作方式：

4、USB_BOOT管腳處于懸空或拉低狀態

USB_BOOT是模塊進入下載模式的控制管腳，必須在模塊開機啟動時USB_BOOT管腳處于高狀態（通常會用VDD_EXT管腳來拉高），才會讓系統進入下載模式。

誤入下載模式后，會容易誤認為不開機。

在實際開發應用中，可結合項目整體需求進行優化設計。資料中心也為大家提供了開發板參考設計原理圖等資料。

最新參考設計原理圖下載：https://docs.openluat.com/air780epm/product/shouce/

今天的內容就分享到這里了~