物联网低功耗设计：Vref伪电源的核心特性与避坑指南

物联网低功耗设计：Vref伪电源的核心特性与避坑指南

在物联网电池供电设备的设计过程中，系统的低功耗表现直接决定了产品的续航能力和整体可靠性。许多开发人员在调试深度休眠功能时，常常会遇到一个普遍问题：当模组进入低功耗模式后，如何确保小电流参考电平稳定输出？本文将详细介绍Vref这一功能，通过AGPIO引脚在休眠状态下的特性，为解决此类问题提供可行方案。

一、Vref是什么？

此处提及的“Vref”之所以加引号，是因为它并不是传统意义上的电源模块。既非模组内部的DCDC直流变换电路，也不是LDO低压差线性稳压器，而是指模组中的AGPIO引脚。

在实际设计中，Vref通常指代PIN99:GPIO23。

在低功耗模式下，例如：

pm.WORK_MODE,1

pm.WORK_MODE,3

Vref可以持续输出高电平，从而作为外部电路的参考电压源。

二、Vref的使用原因

理解Vref的必要性，需先回顾VDD_EXT的限制。在VDD_EXT章节中，我们曾提到几个关键特性：

• VDD_EXT最大输出电流为200mA，但该引脚同时用于模组内部及外部设备。为保障内部电压域的稳定性，建议外部负载电流不超过50mA。
• VDD_EXT在低功耗模式pm.WORK_MODE,1下并非持续输出，而是以与通信协议一致的时间周期间歇性供电，典型周期为0.64S、1.28S或2.56S。

因此，在可能影响低功耗模式pm.WORK_MODE,1下中断唤醒的场景中，建议避免使用VDD_EXT作为上拉电源。例如，在LPUART模式下的UART1电平转换电路中，若使用VDD_EXT作为上拉电平，UART1_RX的频繁变化可能会误唤醒模组，从而退出低功耗状态。

如图所示，UART1电平转换电路中使用的VREF即为此处介绍的Vref功能。

下图中，若VREF由VDD_EXT提供，则UART1_RX的频繁电平波动将导致模组被频繁唤醒。

三、Vref的功能特性

Vref本质上对应AGPIO3到AGPIO8，即GPIO23至GPIO28。

其核心特性包括：

• 在低功耗模式pm.WORK_MODE,1和PSM+模式pm.WORK_MODE,3中，可维持高电平输出。
• 输出电流能力有限：单个AGPIO最大输出电流为5mA，且6个引脚的总输出电流不得超过5mA，因此适用于微功耗场景，而非大电流负载。

在实际应用中，推荐默认使用PIN99:GPIO23作为Vref参考电压。当然，如果软件配置正确，GPIO24至GPIO28也可以作为Vref使用；而PIN99本身在不启用Vref功能时，与其他AGPIO功能无异。

四、Vref的应用场景

Vref适用于需要低功耗和稳定参考电压的场景，以下列举几个典型应用。

4.1 UART1电平转换电路的上拉电源

• 用于解决VDD_EXT间歇性输出所导致的误唤醒问题。
• 通过GPIO23提供稳定高电平，确保UART1在休眠期间稳定运行。

4.2 SIM卡热插拔检测电路

在SIM卡热插拔检测中，常用Vref作为上拉电压源提供给USIM_DET（WAKEUP2）。

说明：图中VREF_VOLIT即为Vref，不同原理图中命名可能不同，需根据实际情况理解。

4.3 通信定位模组中的备用电源

• 在Air780EGP、Air780EGG、Air780EGH、Air8000G等通信定位二合一模组中，Vref可作为GNSS定位芯片的备用电源。
• 在Air780EGP/EGG中，Vref同样用于G-Sensor的供电，两种场景的电流消耗均在100μA以下。

4.4 特别说明

需要再次强调的是，当前模组、开发板、核心板及相关文档中，通常使用PIN99:GPIO23作为Vref。但这并不排除使用GPIO24至GPIO28作为Vref，也不影响PIN99作为GPIO23使用。

特别提醒：

• 如需在低功耗模式下稳定输出电平，请选择外部DCDC或LDO。
• VDD_EXT在低功耗模式下无法持续供电；而Vref并非真正意义上的电源，这一点需格外注意。

五、Vref的配置方法

启用Vref功能的步骤为：首先将PIN99配置为GPIO23，其次将GPIO23设为高电平输出。

需要注意的是，当GPIO23用于Vref功能时，系统功耗将略有上升，通常增加100μA以上，最大不超过200μA。开发者应根据实际应用需求谨慎设计。

5.1 将PIN99配置为GPIO23

可通过LuatIO工具完成配置。新用户可参考资料中心提供的LuatIO使用指南。

5.2 配置GPIO23输出高电平

1--设置gpio23为输出，且初始化电平为高2 gpio.setup(23, 1);

六、模组出厂默认设置

不同型号模组对Vref（GPIO23）的处理方式存在差异，使用时需特别留意。

6.1 Air8000系列模组

在集成Wi-Fi功能的型号（如Air8000A、Air8000W）中，GPIO23用于控制Wi-Fi芯片的使能信号。

若需关闭Wi-Fi以降低功耗，可执行pm.power(pm.WIFI, 0)，该命令等效于控制GPIO23输出低电平。

6.2 Air780Exx系列模组

在集成GNSS定位功能的型号（如Air780EGH、Air780EGG、Air780EGP）中，GPIO23默认输出高电平。

如需修改其状态，需注意以下要点：

• Air780EGP和Air780EGG内置G-Sensor，需占用系统资源，包括供电控制、振动中断输入和I2C1接口。
• 在Air780EGP/EGG中，若I2C1总线已用于内部G-Sensor，外部若需挂载其他外设（如摄像头），必须保持GPIO23为默认高电平，不可设为低电平。
• Air780EGH中，GPIO23为GNSS芯片提供备用供电，支持星历保持和热启动。若将其设为输入模式，虽然可进一步降低功耗，但会牺牲G-Sensor唤醒和GNSS热启动功能，开发者需根据具体需求进行权衡。

下表列出了Air780EGP/Air780EGG两款模组中内部占用信号引脚的详细信息。

6.3 其他型号

在其他部分型号中，GPIO23未进行特殊处理，也未根据SIM2是否启用而强制输出高电平，需手动配置。

审核编辑 黄宇