ESP-WROOM-02 WiFi Module Version 0.4 Espressif Systems IOT Team http://bbs.espressif.com/ Copyright 2015
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目录 1. 产品概述... 4 1.1. 特点... 5 1.2. 主要参数... 6 2. 接 口定义... 7 3. 外型与尺 寸... 9 4. 功能描述... 10 4.1. MCU... 10 4.2. 存储描述... 10 4.2.1. 内置 SRAM 与 ROM... 10 4.2.2. SPI Flash... 10 4.3. 晶振... 11 4.4. 接 口说明... 12 4.5. 最 大额定值... 13 4.6. 建议 工作环境... 13 4.7. 数字端 口特征... 13 5. RF 参数... 14 6. 功耗... 14 7. 倾斜升温... 16 8. 原理图... 17
1. 产品概述 乐鑫智能互联平台 ESP8266EX 拥有 高性能 无线 SOC, 给移动平台设计师带来福 音, 它以最低成本提供最 大实 用性, 为 WiFi 功能嵌 入其他系统提供 无限可能 图 1 ESP8266EX 结构图 ESP8266EX 是 一个完整且 自成体系的 WiFi 网络解决 方案, 能够独 立运 行, 也可以作为从机搭载于其他主机 MCU 运 行 ESP8266EX 在搭载应 用并作为设备中唯 一的应 用处理器时, 能够直接从外接闪存中启动 内置的 高速缓冲存储器有利于提 高系统性能, 并减少内存需求 另外 一种情况是,ESP8266EX 负责 无线上 网接 入承担 WiFi 适配器的任务时, 可以将其添加到任何基于微控制器的设计中, 连接简单易 行, 只需通过 SPI /SDIO 接 口或 I2C/UART 口即可 ESP8266EX 强 大的 片上处理和存储能 力, 使其可通过 GPIO 口集成传感器及其他应 用的特定设备, 实现了最低前期的开发和运 行中最少地占 用系统资源 ESP8266EX 高度 片内集成, 包括天线开关 balun 电源管理转换器, 因此仅需极少的外部电路, 且包括前端模组在内的整个解决 方案在设计时将所占 PCB 空间降到最低 装有 ESP8266EX 的系统表现出来的领先特征有 : 节能在睡眠 / 唤醒模式之间的快速切换 配合低功率操作的 自适应 无线电偏置 前端信号的处理功能 故障排除和 无线电系统共存特性为消除蜂窝 / 蓝 牙 /DDR/ LVDS/LCD 干扰
1.1. 特点 802.11 b/g/n 内置低功耗 32 位 CPU: 可以兼作应 用处理器 内置 10 bit 高精度 ADC 内置 TCP/IP 协议栈 内置 TR 开关 balun LNA 功率放 大器和匹配 网络 内置 PLL 稳压器和电源管理组件 支持天线分集 STBC 1x1 MIMO 2x1 MIMO A-MPDU A-MSDU 的聚合和 0.4 s 的保护间隔 WiFi @ 2.4 GHz, 支持 WPA/WPA2 安全模式 支持 STA/AP/STA+AP 工作模式 支持 Smart Config 功能 ( 包括 Android 和 ios 设备 ) HSPI UART I2C I2S IR Remote Control PWM GPIO 深度睡眠保持电流为 10 ua, 关断电流 小于 5 ua 2 ms 之内唤醒 连接并传递数据包 802.11b 模式下 + 20 dbm 的输出功率 待机状态消耗功率 小于 1.0 mw (DTIM3) 工作温度范围 : -40-125 模组通过 FCC, CE, TELEC 认证
1.2. 主要参数 表 1 介绍了该模组的主要参数 表 1 参数表 类别参数说明 无线参数 Hardware 标准认证 无线标准频率范围数据接 口 工作电压 工作电流 FCC/CE/TELEC 802.11 b/g/n 2.4GHz-2.5GHz (2400M-2483.5M) UART/HSPI/I2C/I2S/Ir Remote control GPIO/PWM 3.0~3.6V 平均值 : 80mA Paramaters 工作温度 -40 ~125 Software Parameters 存储温度封装 大 小外部接 口 无线 网络模式安全机制加密类型升级固件软件开发 网络协议 用户配置 常温 18mm*20mm*3mm N/A station/softap/softap+station WPA/WPA2 WEP/TKIP/AES 本地串 口烧录 / 云端升级 / 主机下载烧录 支持客户 自定义服务器提供 SDK 给客户 二次开发 IPv4, TCP/UDP/HTTP/FTP AT+ 指令集, 云端服务器, Android/iOS APP
2. 接 口定义 ESP-WROOM-02 共接出 18 个接 口, 表 2 是接 口定义 表 2 ESP-WROOM-02 管脚功能定义 序号 Pin 脚名称 功能说明 1 3V3 3.3V 供电 (VDD) 2 EN 芯 片使能端, 高电平有效 3 IO14 GPIO14; HSPI_CLK 4 IO12 GPIO12; HSPI_MISO 5 IO13 GPIO13; HSPI_MOSI; UART0_CTS 6 IO15 GPIO15; MTDO; HSPICS; UART0_RTS 7 IO2 GPIO2; UART1_TXD 8 IO0 GPIO0 9 GND GND 10 IO4 GPIO4 11 RXD UART0_RXD; GPIO3 12 TXD UART0_TXD; GPIO1 13 GND GND 14 IO5 GPIO5 15 RST 复位模组 16 TOUT 检测芯 片 VDD3P3 电源电压或 TOUT 脚输 入电压 ( 二者不可同时使 用 ) 17 IO16 GPIO16; 接到 RST 管脚时可做 deep sleep 的唤醒 18 GND GND 注意 : 表 3 UART 下载模式 表 4 Flash Boot 模式 GPIO15 GPIO0 GPIO2 GPIO15 GPIO0 GPIO2 低低 高低 高 高
表 5 接收灵敏度 参数 最 小值 典型值 最 大值 单位 输 入频率 2412 2484 MHz 输 入电阻 50 Ω 输 入反射 -10 db 72.2 Mbps 下,PA 的输出功率 15.5 16.5 17.5 dbm 11b 模式下,PA 的输出功率 19.5 20.5 21.5 dbm 灵敏度 DSSS, 1 Mbps -98 dbm CCK, 11 Mbps -91 dbm 6 Mbps (1/2 BPSK) -93 dbm 54 Mbps (3/4 64-QAM) -75 dbm HT20, MCS7 (65 Mbps, 72.2 Mbps) -72 dbm 邻频抑制 OFDM, 6 Mbps 37 db OFDM, 54 Mbps 21 db HT20, MCS0 37 db HT20, MCS7 20 db
ESP8266 ESP-WROOM-02 WiFi Module Espressif Systems 3. 外型与尺 寸 ESP-WROOM-02 贴 片式模组的外观尺 寸为 18mm 20mm 3mm 如图 2 所 示 该模组采 用的是 容量为 4MB 封装为 SOP8 150 mil 的 SPI Flash 模组使 用的是 3 DBi 的 PCB 板载天线 图 2 ESP-WROOM-02 模组外观 图 3 ESP-WROOM-02 模组尺 寸平 面图 Espressif Systems 9 Jun 12, 2015
表 6 ESP-WROOM-02 模组尺 寸对照表 长宽 高 PAD 尺 寸 ( 底部 ) Pin 脚间距 18 mm 20 mm 3 mm 0.9 mm x 1.7 mm 1.5 mm 4. 功能描述 4.1. MCU ESP8266EX 内置 Tensilica L106 超低功耗 32 位微型 MCU, 带有 16 位精简模式, 主频 支持 80 MHz 和 160 MHz, 支持 RTOS 目前 WiFi 协议栈只 用了 20% 的 MIPS, 其他的都可以 用来做应 用开发 MCU 可通过以下接 口和芯 片其他部分协同 工作 : 连接存储控制器 也可以 用来访问外接闪存的编码 RAM/ROM 接 口 (ibus) 同样连接存储控制器的数据 RAM 接 口 (dbus) 访问寄存器的 AHB 接 口 4.2. 存储描述 4.2.1. 内置 SRAM 与 ROM ESP8266EX 芯 片 自 身内置了存储控制器, 包含 ROM 和 SRAM MCU 可以通过 ibus dbus 和 AHB 接 口访问存储控制器 这些接 口都可以访问 ROM 或 RAM 单元, 存储仲裁器以到达顺序确定运 行顺序 基于 目前我司 Demo SDK 的使 用 SRAM 情况, 用户可 用剩余 SRAM 空间为 : RAM size < 50KB (station 模式下, 连上路由后,heap+data 区 大致可 用 50KB 左右 ) 目前 ESP8266EX 片上没有 programmable ROM, 用户程序存放在 SPI Flash 中 4.2.2. SPI Flash 当前 ESP8266EX 芯 片 支持使 用 SPI 接 口的外置 Flash, 理论上最 大可 支持到 16 MB 的 SPI flash 目前该模组外接的是 4 MB 的 SPI Flash 建议 Flash 容量 : 不 支持云端升级 :512 Kbit 可 支持云端升级 :1 MB 支持的 SPI 模式 : 支持 Standard SPI Dual SPI DIO SPI QIO SPI, 以及 Quad SPI
注意, 在下载固件时需要在下载 工具中选择对应模式, 否则下载后程序将 无法得到正确的运 行 4.3. 晶振 目前晶体 40MHz,26MHz 及 24MHz 均 支持, 使 用时请注意在下载 工具中选择对应晶体类型 晶振输 入输出所加的对地调节电容 C1 C2 可不设为固定值, 该值范围在 6pF ~ 22pF, 具体值需要通过对系统测试后进 行调节确定 基于 目前市场中主流晶振的情况, 一般 26Mhz 晶振的输 入输出所加电容 C1 C2 在 10pF 以内 ; 一般 40MHz 晶振的输 入输出所加电容 10pF<C1 C2<22pF 选 用的晶振 自 身精度需在 ±10PPM 晶振的 工作温度为 -20 C - 85 C 晶振位置尽量靠近芯 片的 XTAL Pins ( 走线不要太 长 ), 同时晶振 走线须 用地包起来良好屏蔽 晶振的输 入输出 走线不能打孔 走线, 即不能跨层 晶振的输 入输出 走线不能交叉, 跨层交叉也不 行 晶振的输 入输出的 bypass 电容请靠近芯 片左右侧摆放, 尽量不要放在 走线上 晶振下 方 4 层都不能 走 高频数字信号, 最佳情况是晶振下 方不 走任何信号线, 晶振 TOP 面的铺通区域越 大越好 晶振为敏感器件, 晶振周围不能有磁感应器件, 比如 大电感等
4.4. 接 口说明 表 7 接 口说明 接 口名称管脚功能说明 HSPI 接 口 IO12(MISO), IO13(MOSI), IO14(CLK), IO15(CS) 可外接 SPI Flash 显 示屏和 MCU 等 PWM 接 口 IO12(R), IO15(G),IO13(B) demo 中提供 4 路 PWM ( 用户可 自 行扩展 至 8 路 ), 可 用来控制彩灯, 蜂鸣器, 继电器及电机等 IR 接 口 IO14(IR_T), IO5(IR_R) IR Remote Control 接 口由软件实现, 接 口使 用 NEC 编码及调制解调, 采 用 38KHz 的调制载波 ADC 接 口 TOUT 可 用于检测 VDD3P3 (Pin3,Pin4) 电源电压和 TOUT (Pin6) 的输 入电压 ( 二者不可同时使 用 ) 可 用于传感器等应 用 I2C 接 口 IO14(SCL), IO2(SDA) 可外接传感器及显 示屏等 可外接 UART 接 口的设备 下载 :U0TXD+U0RXD 或者 GPIO2+U0RXD UART 接 口 UART0: TXD(U0TXD), RXD(U0RXD), IO15(RTS), IO13(CTS) UART1: IO2(TXD) 通信 (UART0):U0TXD,U0RXD,MTDO(U0RTS),MTCK(U0CTS) Debug: UART1_TXD(GPIO2) 可作为 debug 信息的打印 UART0 在 ESP8266EX 上电默认会输出 一些打印信息 对此敏感的应 用, 可以使 用 UART 的内部引脚交换功能, 在初始化的时候, 将 U0TXD,U0RXD 分别与 U0RTS,U0CTS 交换 硬件上将 MTDO MTCK 连接到对应的外部 MCU 的串 口进 行通信 I2S 接 口 I2S 输 入 : IO12 (I2SI_DATA) ; IO13 (I2SI_BCK ); IO14 (I2SI_WS); I2S 输出 : IO15 (I2SO_BCK ); IO3 (I2SO_DATA); IO2 (I2SO_WS ). 主要 用于 音频采集 处理和传输
4.5. 最 大额定值 表 8 最 大额定值 额定值 条件 值 单位 存储温度 -40 to 125 最 大焊接温度 260 供电电压 IPC/JEDEC J-STD-020 +3.0 to +3.6 V 4.6. 建议 工作环境 表 9 建议 工作环境 工作环境名称最 小值典型值最 大值单位 工作温度 -40 20 125 供电电压 VDD 3.0 3.3 3.6 V 4.7. 数字端 口特征 表 10 数字端 口特征 端 口 典型值 最 小值 典型值 最 大值 单位 输 入逻辑电平低 VIL -0.3 0.25VDD V 输 入逻辑电平 高 VIH 0.75VDD VDD+0.3 V 输出逻辑电平低 VOL N 0.1VDD V 输出逻辑电平 高 VOH 0.8VDD N V 注意 : 如 无特殊说明, 测试条件为 :VDD = 3.3 V, 温度为 20
5. RF 参数 表 11 RF 参数 描述 最 小值 典型值 最 大值 单位 输 入频率 2400 2483.5 MHz 输 入阻抗值 50 ohm 输 入反射值 -10 db PA 输出功率为 72.2 Mbps 15.5 16.5 17.5 dbm 11b 模式下 PA 输出功率 19.5 20.5 21.5 dbm 接收灵敏度 CCK, 1 Mbps -98 dbm CCK, 11 Mbps -91 dbm 6 Mbps (1/2 BPSK) -93 dbm 54 Mbps (3/4 64-QAM) -75 dbm HT20, MCS7 (65 Mbps, 72.2 Mbps) -72 dbm 邻频抑制 OFDM, 6 Mbps 37 db OFDM, 54 Mbps 21 db HT20, MCS0 37 db HT20, MCS7 20 db 6. 功耗 下列功耗数据是基于 3.3V 的电源 25 C 的周围温度, 并使 用内部稳压器测得 [1] 所有测量均在没有 SAW 滤波器的情况下, 于天线接 口处完成 [2] 所有发射数据是基于 90% 的占空 比, 在持续发射的模式下测得的
表 12 功耗 模式 最 小值 典型值 最 大值 单位 传送 802.11b, CCK 11Mbps, POUT=+17dBm 170 ma 传送 802.11g, OFDM 54Mbps, POUT =+15dBm 140 ma 传送 802.11n, MCS7, POUT =+13dBm 120 ma 接收 802.11b, 包 长 1024 字节, -80dBm 50 ma 接收 802.11g, 包 长 1024 字节, -70dBm 56 ma 接收 802.11n, 包 长 1024 字节, -65dBm 56 ma Modem-Sleep1 15 ma Light-Sleep2 0.9 ma Deep-Sleep3 10 ua Power Off 0.5 ua 注 1:Modem-Sleep 用于需要 CPU 一直处于 工作状态如 PWM 或 I2S 应 用等 在保持 WiFi 连接时, 如果没有数据传输, 可根据 802.11 标准 ( 如 U-APSD), 关闭 WiFi Modem 电路来省电 例如, 在 DTIM3 时, 每 sleep 300mS, 醒来 3mS 接收 AP 的 Beacon 包等, 则整体平均电流约 15mA 注 2:Light-Sleep 用于 CPU 可暂停的应 用, 如 WiFi 开关 在保持 WiFi 连接时, 如果没有数据传输, 可根据 802.11 标准 ( 如 U-APSD), 关闭 WiFi Modem 电路并暂停 CPU 来省电 例如, 在 DTIM3 时, 每 sleep 300 ms, 醒来 3ms 接收 AP 的 Beacon 包等, 则整体平均电流约 0.9 ma 注 3:Deep-Sleep 不需 一直保持 WiFi 连接, 很 长时间才发送 一次数据包的应 用, 如每 100 秒测量 一次温度的传感器 例如, 每 300 s 醒来后需 0.3s - 1s 连上 AP 发送数据, 则整体平均电流可远 小于 1 ma
7. 倾斜升温 倾斜升温 T S 最 大值 -T L 预热最 小温度值 (T S Min.) 典型温度值 (T S Typ.) 最 大温度值 (T S Max.) 时间 (T S ) 倾斜升温 (T L to T P ) 持续时间 / 温度 (T L )/ 时间 (T L ) 温度峰值 (T P ) 表 13 倾斜升温 最 大值 3 / 秒 150 175 200 60~180 秒 最 大值 3 / 秒 217 /60~150 秒 最 高温度值 260, 持续 10 秒 目标温度峰值 (T P 目标值 ) 260 +0/-5 实际峰值 (t P ) 5 持续时间 倾斜降温 从 25 调 至温度峰值所需时间 (t) 20~40 秒 最 大值 6 / 秒 最 大 8 分钟
8. 原理图 图 4 ESP-WROOM-02 原理图