在物聯(lián)網(wǎng)電池供電設(shè)備的設(shè)計(jì)中，低功耗表現(xiàn)直接影響產(chǎn)品續(xù)航與整體可靠性。

不少開(kāi)發(fā)者在調(diào)試深度休眠場(chǎng)景時(shí)都會(huì)遇到一個(gè)共性問(wèn)題：模組進(jìn)入低功耗模式后，如何保證小電流參考電平持續(xù)穩(wěn)定？

本文要介紹的 Vref 功能，依托 AGPIO 引腳在休眠狀態(tài)下的特性，正是應(yīng)對(duì)這類問(wèn)題的實(shí)用設(shè)計(jì)。

一、外部“電源”Vref是什么？

先要明確，這里所說(shuō)的“電源”之所以加引號(hào)，核心原因是它并非真正意義上的供電模塊——既不是模組內(nèi)部的DCDC直流變換電路，也不是LDO低壓差線性穩(wěn)壓器，本質(zhì)上就是模組的AGPIO管腳。

在模組中，Vref通常指PIN99:GPIO23

在低功耗模式下，如：

pm.WORK_MODE,1

pm.WORK_MODE,3

Vref可以保持固定高電平輸出，從而作為外部電路的“參考電源”使用。

二、為什么要使用Vref？

為什么要使用Vref，要從VDD_EXT的局限說(shuō)起。大家還記得我們?cè)赩DD_EXT章節(jié)中對(duì)VDD_EXT一個(gè)重要特性的介紹嗎？

• VDD_EXT標(biāo)稱輸出電流最大至200mA，但是VDD_EXT同時(shí)用于模組芯片內(nèi)部和外部，為了保證內(nèi)部該電壓域負(fù)載的使用穩(wěn)定性，請(qǐng)保證外部負(fù)載消耗電流不要超過(guò)50mA。
• VDD_EXT在低功耗模式pm.WORK_MODE,1狀態(tài)下間歇性輸出，頻率和與通信協(xié)議要求的時(shí)間間隔相同，通常為0.64S/1.28S/2.56S中的一個(gè)。

因此，在可能影響低功耗模式pm.WORK_MODE,1下中斷喚醒的場(chǎng)合，要避免使用VDD_EXT做上拉電平用，比如UART1電平轉(zhuǎn)換電路（UART1為L(zhǎng)PUART，低功耗模式pm.WORK_MODE,1 下可被喚醒）。

如下圖所示：UART1電平轉(zhuǎn)換電路里出現(xiàn)的VREF，就是我們今天要介紹的對(duì)外“電源”——Vref。

如果圖中的VREF電源使用的是VDD_EXT，那么低功耗模式pm.WORK_MODE,1 下模組的UART1_RX頻繁的高低電平變化就會(huì)將模組喚醒，進(jìn)而導(dǎo)致模組退出低功耗模式而功耗無(wú)法降低。

也正是因?yàn)轭愃茍?chǎng)景的需要，所以會(huì)將譬如PIN99:GPIO23這樣的AGPIO固定輸出高作為Vref使用。

一般來(lái)說(shuō)，如果沒(méi)有其它特殊情況，都是將PIN99:GPIO23作為Vref參考電壓使用。

三、Vref的特性要點(diǎn)

Vref本質(zhì)上指的是AGPIO3-8這6個(gè)GPIO，對(duì)應(yīng)GPIO23~28。

具有以下特性：

• 在低功耗模式pm.WORK_MODE,1和PSM+模式pm.WORK_MODE,3下，可以保持固定高電平輸出。
• 輸出電流能力有限：?jiǎn)蝹€(gè)AGPIO最大輸出電流僅5mA，且這6個(gè)GPIO的總輸出電流也不超過(guò)5mA。因此，它不能驅(qū)動(dòng)大功率負(fù)載，只能用于微功耗的參考電壓或上拉用途。

在模組的實(shí)際應(yīng)用中，一般默認(rèn)固定推薦PIN99:GPIO23作為Vref使用 ——當(dāng)然其它5個(gè)管腳GPIO24-28，如果軟件設(shè)置為一直輸出高，也可以作為Vref使用；GPIO23當(dāng)然也是一個(gè)普通的AGPIO，如果不做Vref，本身與GPIO24-28沒(méi)有任何區(qū)別。

四、Vref的應(yīng)用場(chǎng)景

Vref適用于需要低功耗且穩(wěn)定參考電壓的場(chǎng)景，下面介紹幾個(gè)應(yīng)用案例。

4.1 UART1電平轉(zhuǎn)換電路的上拉電源

• 解決VDD_EXT間歇性輸出導(dǎo)致的誤喚醒問(wèn)題
• GPIO23提供穩(wěn)定高電平，確保休眠期間UART1可靠工作

4.2 SIM卡插入檢測(cè)

在SIM卡熱插拔檢測(cè)電路中，常用Vref給USIM_DET（WAKEUP2）提供上拉。

說(shuō)明：圖中的VREF_VOLIT就是Vref，在不同的原理圖中可能存在不同的命名，請(qǐng)理解。

4.3 通信定位二合一模組中的備用供電

• 在Air780EGP、Air780EGG、Air780EGH、Air8000G等型號(hào)中，Vref用來(lái)作為內(nèi)置GNSS定位芯片的備用供電電源使用。
• 在Air780EGP/EGG中：
  也作為加速度傳感器G-Sensor的供電電源使用。
  這兩處的耗電都非常小，100uA以內(nèi)，可以滿足。

4.4 特別說(shuō)明

再次強(qiáng)調(diào)一下，當(dāng)前模組、開(kāi)發(fā)板、核心板或?qū)ν赓Y料中，都是拿PIN99:GPIO23作為Vref使用的，但并不妨礙GPIO24-28也可以作為Vref，也并不妨礙PIN99作為GPIO23使用。

需要特別指出的是：

如果你的硬件需要在休眠狀態(tài)下(低功耗模式pm.WORK_MODE,1 和 PSM+模式pm.WORK_MODE,3)也可以穩(wěn)定輸出的電源，請(qǐng)根據(jù)需要選擇外置的DCDC或者LDO。

VDD_EXT在休眠狀態(tài)下不可以穩(wěn)定輸出；Vref壓根就不是“電源”，請(qǐng)?zhí)貏e注意！

五、Vref的使用方法

使用Vref功能的順序是，先將PIN99配置為GPIO23，再將GPIO23設(shè)置為輸出高。

需要提醒的是：GPIO23作為Vref使用時(shí)會(huì)增加系統(tǒng)功耗，通常會(huì)增加100uA+，一般不超過(guò)200uA，請(qǐng)根據(jù)自己應(yīng)用的定義和需要謹(jǐn)慎設(shè)計(jì)。

5.1 將PIN99配置為GPIO23

通過(guò)LuatIO工具進(jìn)行配置，新朋友可參考資料中心LuatIO使用教程

5.2 配置GPIO23輸出高點(diǎn)平

1--
設(shè)置gpio23為輸出，且初始化電平為高
2 gpio.setup(23, 1);

六、模組的出廠默認(rèn)設(shè)置

各型號(hào)模組對(duì)Vref（GPIO23）的處理有所不同，使用時(shí)需注意：

6.1 Air8000系列模組

帶Wi-Fi功能的型號(hào)（比如Air8000A、Air8000W），GPIO23用于控制Wi-Fi功能使能。

如果需要將Wi-Fi芯片關(guān)閉以節(jié)省功耗：可以使用pm.power(pm.WIFI, 0)關(guān)閉。

pm.power(pm.WIFI, 0)本質(zhì)上是控制GPIO23輸出低。

6.2 Air780Exx系列模組

帶GNSS定位的型號(hào)——比如Air780EGH、Air780EGG、Air780EGP，GPIO23模組內(nèi)部皆有使用，默認(rèn)輸出高。

外部需要更改其狀態(tài)時(shí)，需注意如下事項(xiàng)：

• Air780EGP和Air780EGG這兩個(gè)型號(hào)，內(nèi)置G-Sensor后，必然會(huì)暫用系統(tǒng)的資源，比如G-Sensor的供電控制，比如G-Sensor判斷振動(dòng)后的中斷輸入，比如I2C1的占用等；
• 對(duì)于Air780EGP和Air780EGG這兩個(gè)型號(hào)，I2C1內(nèi)部掛載了G-Sensor，如果還需要在模組外部掛載其它外設(shè)時(shí)，比如攝像頭，此時(shí)務(wù)必要保持GPIO23為默認(rèn)的輸出高狀態(tài)，不可將GPIO23改為輸出低的狀態(tài)，否則會(huì)影響該I2C1總線的正常初始化；
• 另外，Air780EGH內(nèi)部用于GNSS芯片的后備供電，以便星歷保持，在需要時(shí)熱啟動(dòng)；Air780EGP和Air780EGG除給GNSS芯片后備供電外，還給G-Sensor供電；將GPIO23設(shè)置為輸入可以進(jìn)一步降低功耗，代價(jià)是關(guān)閉了G-Sensor震動(dòng)喚醒和GNSS備電不再支持熱啟動(dòng)兩個(gè)功能，大家根據(jù)自己的實(shí)際場(chǎng)景進(jìn)行選擇和設(shè)置。

以下是Air780EGP/Air780EGG兩款模組中內(nèi)部占用的信號(hào)管腳，以及對(duì)應(yīng)的詳細(xì)說(shuō)明：

6.3 其他型號(hào)

其它型號(hào)GPIO23沒(méi)做處理，也沒(méi)有根據(jù)是否啟用SIM2做GPIO23強(qiáng)制輸出高的設(shè)置，需要自己手動(dòng)設(shè)置。

審核編輯 黃宇