Air105芯片#

一、概述#

1.1产品概述#

合宙Air105是一款QFN88 封装,10mm x 10mm 大小的MCU, 不仅提供UART/GPIO/I2C/ADC/SPI等基础外设,更提供DAC/USB/DCMI/HSPI/LCDI/KCU等高级外设接口,内置充电功能,支持5V/3.3V供电,同时自带5v转3.3V的LDO,4M字节Flash,640K字节RAM。

1.2 电气性能#

极限参数

参数

说明

范围

单位

Iddpd

关机电流

-

nA

Tamb

工作温度

-40~+85

Tstg

储藏温度

-40~+125

Ground

-0.3~0.3

V

Voh

数字输出高电平

VDD -0.3 ~ VDD+0.3

V

Vol

数字输出低电平

<0.4

V

Ioh

拉电流(PA2/3/4/5, PC6/7/8/9)

27(@3V)

mA

拉电流(其他 IO)

16(@3V)

mA

Iol

灌电流(PA2/3/4/5, PC6/7/8/9)

27(@0.5V)

mA

灌电流(其他 IO)

16(@0.5V)

mA

Vih

数字输入高电平

≥0.7×VDD

V

ViL

数字输入低电平

≤0.3×VDD

V

电气特性

参数

条件(-40°C to+85°C)

单位

最小

最大

VCC

3.6

5.5

V

CHARGE_VCC

4.7

5.5

V

AVD33

2.7

3.6

V

VDD33

2.7

3.6

V

VBAT33

2

3.6

V

Vol

VDD=3.3V

-

0.4

V

Voh

VDD=3.3V

V

VIH

VDD=3.3V

0.7×VDD

V

VIL

VDD=3.3V

0.3×VDD

V

安全相关特性

传感器

说明

范围

单位

电压传感器

主电源电压高压检测范围

4.0±0.1

V

主电源电压低压检测范围

2.8±0.1

V

电池电压高压检测范围

4.0±0.1

V

电池电压低压检测范围

1.9±0.1

V

时钟频率传感器

12M 时钟频率检测范围

12±50%

MHz

32K 时钟频率检测范围

32±50%

KHz

1.3管脚定义#

下图为Air105管脚定义,支持最多54个GPIO,每个IO都与外设复用管脚。每个GPIO均可配置为输入、输出、 中断模式,当作为输出时,每个IO输出值都可单独配置。IO支持强推挽输出/开漏输出模式。

管脚详细信息所有通用I/O复位后默认状态为上拉,电阻值51KΩ

编号

名称

类型

复用功能

上下拉能力

备注

1

CVCC

P

NC

2

VDD33

P

最小电压2.7V,最大电压3.6V

3

VCC

P

可输入最小电压为3.6V,最大电压为5.5V

4

VDD33_OUT

P

芯片 3.3V 输出

芯片的输出能力约为400mA,外围负载使用芯片的3.3V时,要注意最大电流情况

5

NC

NC

6

PA7

I/O

GPIO7/SPI1_CSN

UP/DOWN

7

PA6

I/O

GPIO6/SPI1_SCK

UP/DOWN

8

PB2

I/O

GPIO18/SPI2_SCK

UP/DOWN

9

PB3

I/O

GPIO19/SPI2_CSN

UP/DOWN

10

PB4

I/O

GPIO20/SPI2_MOSI/UART2_CTS

UP/DOWN

11

PB5

I/O

GPIO21/SPI2_MISO/UART2_RTS

UP/DOWN

12

PE6

I/O

GPIO70//UART3_CTS/I2C0_SCL

UP/DOWN

13

PE7

I/O

GPIO71/UART3_RTS/I2C0_SDA

UP/DOWN

14

PE8

I/O

GPIO72/UART3_RX

UP/DOWN

15

PE9

I/O

GPIO73/UART3_TX

UP/DOWN

16

PE10

I/O

GPIO74/UART3_CTS

UP/DOWN

17

PE11

I/O

GPIO75/UART3_RTS

UP/DOWN

18

PA0

I/O

UART0_RX

串口下载

固定

19

PA1

I/O

UART0_TX

固定

20

PA2

I/O

GPIO2/UART0_CTS/PWM2

UP/DOWN

21

PA3

I/O

GPIO3UART0_RTS/PWM3

UP/DOWN

22

PB0

I/O

GPIO16/PWM0/XTAL32K

UP/DOWN

23

PB1

I/O

GPIO17/PWM1/CLK_24M

UP/DOWN/可配置输出24M

24

CHARGE_VBAT

P

CHARGE电源输出,接电池

可以给3.7V锂电池充电,最大充电电流200mA

25

CHARGE_VCC

P

CHARGE电源输入

可输入最小电压为4.7V,最大电压为5.4V

26

PD1

I/O

GPIO49/DCMIS_DATA0

UP/DOWN

27

PD2

I/O

GPIO50/DCMIS_DATA1

UP/DOWN

28

PD3

I/O

GPIO51/DCMIS_DATA2

UP/DOWN

29

PD8

I/O

GPIO56/DCMIS_DATA3

UP/DOWN

30

PD9

I/O

GPIO57/DCMIS_DATA4

UP/DOWN

31

PD10

I/O

GPIO58/KeyBoard7/DCMIS_DATA5

UP/DOWN

32

PD11

I/O

GPIO59/KeyBoard8/DCMIS_DATA6

UP/DOWN

33

PE0

I/O

GPIO64/KeyBoard4/DCMIS_DATA7

UP/DOWN

34

PD6

I/O

GPIO54/UART1_CTS/DCMIS_DATA8

UP/DOWN

35

PD7

I/O

GPIO55/UART1_RTS/DCMIS_DATA9

UP/DOWN

36

PC6

I/O

GPIO38/PWM4/DCMIS_DATA10

UP/DOWN

37

PC7

I/O

GPIO39/PWM5/DCMIS_DATA11

UP/DOWN

38

PC8

I/O

GPIO40/PWM6/DCMIS_DATA12

UP/DOWN

39

PC9

I/O

GPIO41/PWM7/DCMIS_DATA13

UP/DOWN

40

PE1

I/O

GPIO65/KeyBoard5/DCMIS_VSYNC

UP/DOWN

41

PE2

I/O

GPIO66/KeyBoard6/DCMIS_HSYNC

UP/DOWN

42

PE3

I/O

GPIO67/DCMIS_PIX_CLK

UP/DOWN

43

PB12

I/O

GPIO28/SPI0_CLK

UP/DOWN

44

VSS

GND

芯片地

45

PB13

I/O

GPIO29/SPI0_CSN

UP/DOWN

46

PB14

I/O

GPIO30/SPI0_MOSI/UART1_CTS

UP/DOWN

47

PB15

I/O

GPIO31/SPI0_MISO/UART1_RTS

UP/DOWN

48

PC12

I/O

GPIO44/SPI5_MISO

UP/DOWN

49

PC13

I/O

GPIO45/SPI5_MOSI

UP/DOWN

50

PC14

I/O

GPIO36/SPI5_CSN

UP/DOWN

51

PC15

I/O

GPIO37/SPI5_CLK

UP/DOWN

52

VDD33

P

53

PD13

I/O

GPIO61/UART2_TX/KeyBoard1

UP/DOWN

54

PD12

I/O

GPIO60/UART2_RX/KeyBoard0

UP/DOWN

55

PD15

I/O

GPIO63/UART2_RTS/KeyBoard3

UP/DOWN

56

PD14

I/O

GPIO62/UART2_CTS/KeyBoard2

UP/DOWN

57

NC

NC

58

NC

NC

59

NC

NC

60

NC

NC

61

REFP

O

接1uF电容到地

62

PC5

I/O

GPIO37/ADC_IN6/CLK_27P12

可配置输出27.12M

63

PC4

I/O

GPIO36/ADC_IN5/XTAL32K

UP/DOWN

64

PC3

I/O

GPIO35/ADC_IN4/UART1_RTS

UP/DOWN

65

PC1

I/O

GPIO33/ADC_IN2/DAC/UART1_TX

数字音频转换为模拟音频接口

66

PC0

I/O

GPIO32/ADC_IN1/UART1_RX

UP/DOWN

67

VDD25

O

接1uF对地电容

68

DN

I

注意保持差分走线,阻抗做好90 Ohm控制

69

DP

O

70

VBUS

I

串接100Ω电阻抗浪涌

71

VDD33

P

最小电压2.7V,最大电压3.6V

72

XO12M

0

XTAL 12MHz Output

芯片支持内部12MHz振荡器和外置12MHz晶体,使用外置12MHz晶体时的芯片对接口,可以参考下文中的时钟电路

73

XI12M

1

XTAL 12MHz Input

同上

74

VDD12

O

接1uF对地电容

75

AVD33

P

最小电压2.7V,最大电压3.6V

76

XI32

I

XTAL 32KHz Input

芯片支持内部或外部的32KHz输出,使用外部32KHz电路可以参考下文中的时钟电路

77

XO32

O

XTAL 32KHz Output

同上

78

NC

NC

79

NC

NC

80

NC

NC

81

NC

NC

82

NC

NC

83

NC

NC

84

VBAT33

P

纽扣电池

85

PA5

I/O

GPIO5/CLK_24M

可配置输出 24M

86

PA8

I/O

GPIO8/SPI1_MOSI

复用为 IO 时必须先 打开IC 卡电源,且输 出信号的高电平为IC 卡输出电平

87

PA9

I/O

GPIO9/SPI1_MISO

同上

88

PA10

I/O

GPIO10

同上

注意:I、代表输入;O、代表输出;P、代表电源

二、外围电路设计#

2.1 供电电路#

芯片有2种供电模式:

内部LDO, 通过VCC脚输入电源, 内部转换输出3.3V, 供电来源为3.6~5.5V的USB或锂电池的. 内部LDO输出能力有限,如需驱动大功率外设,请添加额外的LDO或DC2DC.

3.3V直供, 供电范围为3.2V~3.4V,直接供电到芯片的VCC33管脚。

2.2开关机电路#

开关机电路通过控制内部5V转3.3V LDO使能/关闭,实现芯片的开关机的功能。使用 CHARGE_VBAT 供电,并使用开关机功能时,要注意VBAT33管脚在位,芯片未上电时 POWER_KEY 拉高 150ms 内部 LDO 使能,通过POWER_KEY开机电路,注意:POWER_KEY键平时为低电平,按下拉高;CHARGE_VCC 有电时(电压范围4.7V~5.4V)内部 LDO 直接使能输出 3.3V 且无法关闭。可以参考下图中的两种开机供电方式。

关机功能可以通过POWER_KEY 拉高7S关闭内部LDO输出,以达到关机目的。

2.3 充电模块电路#

Air105芯片支持电池充电功能,可以给3.7V锂电池充电,支持最大200mA的充电电流,电池充满电压为4.15±0.05V,电池充满后电压降到4.05V之后将重新给电池充电。电池这块给模块供电的时候,建议外加二极管切换电路

2.4 LDO#

Air105芯片的VCC输入电压为4-5.5V时,内部的LD0最大的驱动能力在400mA,所以当外围负载比较多的时候,要考虑增加一些外置LDO电路。

2.5 时钟电路#

芯片支持内部12MHz振荡器和外置12MHz晶体,内部集成的12MHz晶体的精度为±2%,经过PLL 倍频后为系统提供输入,倍频后的PLL时钟频率可通过软件进行配置,其频率可配为:108MHz、 120MHz、132MHz、144MHz、156MHz、168MHz、180MHz、192MHz、204MHz。

选择外部的12MHz晶振时,根据实际产品需求选用不同温度等级、稳定度、负载电容值的晶体。晶体两端所接负载电容根据不同厂家晶体及频偏情况需要调整。

晶体摆放尽量靠近芯片,走线尽量短,并且远离干扰源,时钟周围多地孔隔离。时钟下面各层禁止其它走线穿过,防止干扰时钟源。

芯片的整个安全区基于内部32KHz工作,RTC默认基于内部OSC 32K工作,可软件切换使用外 部XTAL 32K工作,支持内部或外部32KHz输出。

2.6 I2C电路#

I2C(芯片间)总线接口连接微控制器和串行I2C总线。它提供多主机功能,控制所有I2C总线特定 的时序、协议、仲裁和定时。支持标准和快速两种模式。根据特定设备的需要,可以使用DMA以减 轻CPU的负担。

在电路方面要在I2C接口处要加4.7K的上拉到3.3V。

2.7 USB电路#

Air105连接USB时,要注意DN、DP保证90 Ohm的阻抗控制,差分走线;在VBUS管脚到芯片要串接100Ω的电阻用于抗浪涌,信号线上要串接22欧姆电阻(也可以是其他如33欧姆),防止信号反射,可以参考如下原理图。

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三、参考电路设计#

Air105芯片供电电压为5V,正常工作供电范围:4.0V~5.5V,内部LDO最大驱动能力在400mA,注意外围负载避免超出最大驱动能力。芯片每个电源输入脚应放置相应的滤波电容,在61、67、74这3个管脚处要加对地1uF的电容。

四、封装尺寸#

参数对照表