Air780EPM GPIO 设计说明

Kimi梳理版

1. 概述

开发方式：Air780EPM 仅支持 LuatOS 软件开发方式，不支持 AT 指令开发方式。若使用 AT 指令开发方式，可选择合宙价格较低的 Air780EQ。
LuatOS 开发优势：相对 C-SDK 入门更简单，开发更方便，开发时间更快。
适用对象：本文的 GPIO 设计指导针对 Air780EPM 用于 LuatOS 开发方式时的注意事项。
GPIO 及 WAKEUP 管脚数量：Air780EPM 模块共支持 38 个 GPIO 和 3 个 WAKEUP 唤醒管脚。38 个 GPIO 口本身有多重复用功能，需根据实际应用进行选择配置。38 个 GPIO 中分为普通 GPIO 和 AGPIO，AGPIO 又有 AGPIO 和 AGPIOWU（AGPIO+WAKEUP）的复用。6 个 WAKEUP 管脚为 AGPIOWU0-2 和 WAKEUP0、VBUS、USIM_DET，用于低功耗模式/PSM+ 模式下的休眠唤醒。

2. GPIO 复用表

文档提供了两张表格，分别展示了 Air780EPM 的 GPIO 功能复用情况，详细说明了各个 GPIO 管脚的功能及复用关系，具体表格内容可通过文档中的图片链接查看。

3. GPIO 特性

Air780EPM 的 GPIO 口根据特性分为三种类型：普通 IO、AGPIO、Wakeup IO。不同特性的 GPIO 在驱动能力以及低功耗模式/PSM+ 模式下的表现有较大区别，使用时需注意。

3.1 普通 IO

电压域：VDD_EXT（1.8/3.3V 可配置）
输入输出：可配置
上下拉：内部可配置
输入中断：上下边沿触发/双边沿触发/高低电平触发（休眠后无法响应中断）
休眠电平保持：不可保持
休眠唤醒：不可唤醒模块
驱动能力：单个普通 GPIO 驱动能力 ≤10mA
参数：具体参数可通过文档中的图片链接查看

3.2 AGPIO

电压域：LDO_AONIO（1.8/3.3V）
输入输出：可配置
上下拉：内部可配置
输入中断：上下边沿触发/双边沿触发/高低电平触发（休眠后无法响应中断）
休眠电平保持：可保持
休眠唤醒：不可唤醒模块
驱动能力：
- AGPIOWU0/1/3（MAIN_DTR）：30uA
- AGPIO3~8：5mA（所有 AGPIO 总共驱动电流不能超过 5mA）
参数：具体参数可通过文档中的图片链接查看

3.3 Wakeup IO

电压域：LDO_AON（2V，不可配置）
输入输出：仅输入
上下拉：内部可配置
输入中断：上下边沿触发/双边沿触发/高低电平触发
休眠电平保持：可保持
休眠唤醒：支持
驱动能力：30uA
参数：具体参数可通过文档中的图片链接查看

4. GPIO 应用注意事项

普通 GPIO 及 VDD_EXT 在休眠时输出高脉冲问题
原因：Air780EPM 的休眠特性使得 VDD_EXT 在休眠状态下会关闭，但系统会不定时唤醒与 4G 网络交互，导致 VDD_EXT 打开，普通 GPIO 默认为 i&PU 状态，会被 VDD_EXT 拉高，输出高脉冲，易导致外设误动作。
设计建议：
- 对于休眠状态下需正常工作的外设控制（如 LED 控制），不建议使用普通 GPIO，可使用 AGPIO。
- 若必须使用普通 GPIO，可在普通 GPIO 上外接 10K 电阻下拉，可大幅减小休眠时输出的高脉冲幅值，使其低于外设的高电平判别门限，避免误动作，但会增加功耗，需根据实际情况选择。
Wakeup IO 类型 GPIO 的上拉问题
原因：Air780EPM 的休眠特性使得普通 GPIO 管脚和 VDD_EXT 在休眠状态下输出高脉冲，若 Wakeup IO 用 VDD_EXT 或普通 GPIO 上拉，会收到中断导致系统被唤醒，无法进入休眠模式。
设计建议：使用内部的上下拉。
Wakeup IO 类型 GPIO 与主控 MCU IO 管脚连接问题
原因：Wakeup IO 管脚电平约 2V，与大多数 MCU 的 IO 电平不匹配，且其供电为内部的 LDO_AON，会给系统启动相关部分供电，如 reset 管脚，因此电平不匹配导致的漏洞可能影响系统稳定性。
设计建议：使用二极管或三极管来隔离。

合宙同学啰嗦版

概述

Air780EPM 只支持LuatOS软件开发方式，不支持 AT 指令开发方式，使用 AT 指令开发方式时可以选择合宙价格较低的 Air780EQ ；

模组 Open 开发，合宙采用的是 LuatOS 方式，相对 C-SDK 入门更简单，开发更方便，开发时间上也更快；

本文所介绍的 GPIO 设计指导，都是针对 Air780EPM 用于 LuatOS 开发方式时的一些注意事项；

Air780EPM 模块共支持38个 GPIO 和 3 个 WAKEUP 唤醒管脚，其中：

38 个 GPIO 口本身有多重复用功能，大家需要根据实际应用进行选择配置；

38 个 GPIO 中，又可分为普通 GPIO 和 AGPIO，AGPIO 中又有 AGPIO 和 AGPIOWU(AGPIO+WAKEUP) 的复用，在接下来的表格中，会详细介绍这几种 GPIO 的定义和区别；

说明： AGPIO，有时也称之为 AONGPIO，Always ON GPIO , 在休眠状态下可以正常控制输出高低电平的一类 GPIO；

6 个 WAKEUP 管脚， AGPIOWU0-2 和 WAKEUP0、VBUS、USIM_DET，用于在低功耗模式/PSM+模式下的休眠唤醒，在接下来的表格中，也将详细介绍 WAKEUP 管脚的注意事项；

GPIO 复用表

对于 GPIO 功能复用请参考如下表格

GPIO 特性

Air780EPM 的 GPIO 口根据不同的特性，可以分为三种类型：普通 IO，AGPIO, Wakeup IO；

不同特性的 GPIO，其驱动能力以及在低功耗模式/PSM+ 模式下的表现区别比较大，在使用这些特性的 GPIO 时尤其要注意；

AGPIO 也常被写作为 AONGPIO、AON_GPIO，以下均以 AGPIO 的写法进行描述；

普通 IO

Air780EPM 大部分管脚为普通 GPIO(上图 GPIO 复用表格中灰色底色的 IO)；

Air780EPM 系统为了在休眠模式下有极致的低功耗性能，会在模块进入休眠/深休眠模式时，关闭 GPIO 供电(VDD_EXT)，因此会导致所有以 VDD_EXT 为电源域的 GPIO 会进入下电状态。因此在使用普通 GPIO 时，要尤其注意在休眠状态下 GPIO 的掉电状态对控制外设造成的误动作风险。

特性：

- 电压域：VDD_EXT(1.8/3.3V可配置)
- 输入输出:可以配置
- 上下拉：内部可配置
- 输入中断：上下边沿触发/双边沿触发/高低电平触发  （休眠后无法响应中断）
- 休眠电平保持：不可保持
- 休眠唤醒：不可唤醒模块
- 驱动能力：单个普通GPIO驱动能力<=10mA
- 参数：

AGPIO

AGPIO 管脚为休眠可保持管脚(GPIO 复用表格中绿色底色 IO 管脚)；

这类管脚电源域为长保持的 LDO_AONIO 电源(为内部电源，模块外部不可测量)，这类电源在模块低功耗模式/PSM+ 下，仍然能够保持供电，因此 AGPIO 管脚在休眠状态下能够保持电平。AGPIO 管脚可以用于休眠状态下仍然需要保持工作状态的外设。

特性：

- 电压域：LDO_AONIO(1.8/3.3V) 
- 输入输出: 可以配置
- 上下拉：内部可配置
- 输入中断：上下边沿触发/双边沿触发/高低电平触发  （休眠后无法响应中断）
- 休眠电平保持：可保持
- 休眠唤醒：不可唤醒模块
- 驱动能力：
  - AGPIOWU0/1/3(MAIN_DTR):  30uA
  - AGPIO3~8:  5mA (所有AGPIO总共驱动电流不能超过5mA)
- 参数：

- Wakeup IO

Air780EPM 包含 6 个特殊管脚，分别为 AGPIOWU0-2 和 WAKEUP0、VBUS、USIM_DET，此类型 IO 为中断唤醒管脚，能够在模块休眠状态下响应外部中断从而使模块退出休眠状态，因此这类 IO 管脚在休眠状态下也能保持供电；

注意：Wakeup IO 仅支持输入，不能配置为输出，且固定电平不可配置。

特性：

- 电压域：LDO_AON (2V，不可配置) 
- 输入输出: 仅输入
- 上下拉：内部可配置
- 输入中断：上下边沿触发/双边沿触发/高低电平触发  
- 休眠电平保持：可保持
- 休眠唤醒：支持
- 驱动能力： 30uA
- 参数：

GPIO 应用注意事项

普通 GPIO 以及相应的电压域 VDD_EXT 在休眠时会输出频繁百 ms 级别的高脉冲，极易导致连接的外设误动作。

原因：

Air780EPM 的休眠特性，VDD_EXT 在休眠状态下会关闭，但是 Air780EPM 系统在休眠的整个时期内并不是一直保持稳定休眠状态，需要不定时唤醒起来与 4G 网络交互以保持网络连接，因此 VDD_EXT 会随着模块唤醒而打开。而大部分普通 GPIO 默认是 i&PU 状态，就会被 VDD_EXT 拉高，导致输出高脉冲。

设计建议：

在一些需要休眠状态下正常工作的外设的控制（比如 LED 控制）不建议使用普通 GPIO，可以使用 AGPIO；
由于 AGPIO 数量有限，在必须用普通 GPIO 的情况下，可以在普通 GPIO 上做外接 10K 电阻下拉（如下图 R23)，可以大幅减小休眠时输出的高脉冲幅值，使得减小到外设的高电平判别门限以下，也可以避免误动作的情况，但是相应的在某些情况下，会增加功耗，请根据实际情况酌情做出选择；
Wakeup IO 类型的 GPIO 不要用 VDD_EXT 或者普通 GPIO 上拉，会导致系统无法进入休眠。

原因：

Air780EPM 的休眠特性使得普通 GPIO 管脚和 VDD_EXT 会在休眠状态下输出高脉冲，会使得 Wakeup IO 收到中断而导致系统被唤醒，无法进入休眠模式。

设计建议：

使用内部的上下拉；
Wakeup IO 类型的 GPIO 不要直接连接主控 MCU IO 管脚，会导致电平不一致而影响系统稳定性。

原因：

Wakeup IO 管脚电平是 2V 左右，这个与大多数 MCU 的 IO 电平不匹配，而且 Wakeup IO 的供电为内部的 LDO_AON，而这个供电会给系统启动相关的部分供电，比如 reset 管脚，因此 Wakeup IO 上由于电平不匹配而导致的漏洞有可能会影响系统稳定性。

设计建议：

使用二极管或者三极管来隔离(如下图)