ESP32硬件设计指南

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1、ESP32 硬件设计指南 Espressif Systems 2017 年 6 月 9 日 关于本手册 ESP32 硬件设计指南提供了 ESP32 系列产品的硬件信息，包括 ESP32 芯片，ESP-WROOM-32 模组以及 ESP32-DevKitC 开发板。 相关资源 请登录乐鑫官网：ESP32 资源 查看有关 ESP32 的其他文档和技术资源。 发布说明 日期版本发布说明 2016.12V1.0首次发布。 2016.12V1.1更新表 UART 接口的管脚定。 2017.03V1.2 更新章节概述； 更新 ESP32 功能框图； 更新章节管脚定义； 更新章节电源； 更新章节射频 (RF

2、)； 更新 ESP-WROOM-32 管脚布局； 更新表 ESP-WROOM-32 管脚定义； 更新章节使用注意事项。 2017.03V1.3 更新表 ESP32 管脚定义的注意事项； 增加关于表 ESP-WROOM-32 管脚定义的说明。 2017.04V1.4 更新章节 Strapping 管脚； 更新图 ESP32 管脚布局（封装为 QFN 5*5）； 更新图 ESP-WROOM-32 模组外观图； 更新图 ESP32-DevKitC 布局图。 2017.04V1.5增加 ESP-WROOM-32 模组尺寸的误差值。 2017.05V1.6 更新图 18 ESP-WROOM-32 模组外

3、观尺寸图； 增加章节 2.3 Strapping 管脚中的说明。 2017.05V1.7在章节 4.1.1 ESP-WROOM-32 概述中增加一条说明。 2017.06V1.8 更新章节 3.1.2.1 上电时序； 更新章节 3.1.4.1 外部时钟参考（必选） ； 增加 ESP32 管脚清单链接； 增加文档变更通知。 文档变更通知 用户可以通过乐鑫官网订阅技术文档变更的电子邮件通知。 免责申明和版权公告 本文中的信息，包括供参考的 URL 地址，如有变更，恕不另行通知。文档“按现状”提供，不负任何担保责任， 包括对适销性、适用于特定用途或非侵权性的任何担保，和任何提案、规格或样品在他处提到

4、的任何担保。 本文档不负任何责任，包括使用本文档内信息产生的侵犯任何专利权行为的责任。本文档在此未以禁止反言或 其他方式授予任何知识产权使用许可， 不管是明示许可还是暗示许可。 Wi-Fi 联盟成员标志归 Wi-Fi 联盟所有。 蓝 牙标志是 Bluetooth SIG 的注册商标。 文中提到的所有商标名称、商标和注册商标均属其各自所有者的财产，特此声明。 版权归 2017 乐鑫所有。保留所有权利。 目录 1 产品概述7 1.1基础协议7 1.1.1 Wi-Fi7 1.1.2 蓝牙8 1.2应用8 1.3功能框图10 2 管脚定义11 2.1管脚布局11 2.2管脚定义12 2.3Strapp

5、ing 管脚14 3 电路图和版图设计16 3.1原理图设计16 3.1.1 电源17 3.1.1.1数字电源17 3.1.1.2模拟电源17 3.1.2 上电时序与复位18 3.1.2.1上电时序18 3.1.2.2复位18 3.1.3 Flash19 3.1.4 晶振19 3.1.4.1外部时钟参考（必选）19 3.1.4.2RTC 时钟（可选）20 3.1.5 射频 (RF)20 3.1.6 传感器外部采样电容20 3.1.7 外置阻容21 3.2版图布局21 3.2.1 独立的 ESP32 模组的版图设计21 3.2.1.1版图设计通用要点21 3.2.1.2电源22 3.2.1.3晶

6、振22 3.2.1.4射频23 3.2.2 ESP32 作为从设备的版图设计24 3.2.3 版图设计常见问题24 3.2.3.1为什么电源纹波并不大，但射频的 Tx 性能很差？24 3.2.3.2为什么芯片发包时，电源纹波很小，但射频的 Tx 性能不好？25 3.2.3.3为什么 ESP32 发包时，仪器测试到的 power 值比 target power 值要高或者低很多，且 EVM 比较差？25 3.2.3.4为什么芯片的 Tx 性能没有问题，但 Rx 的灵敏度不好？25 4 开发硬件介绍26 4.1ESP-WROOM-32 模组26 4.1.1 概述26 4.1.2 管脚说明27 4.

7、1.3 使用注意事项29 4.2ESP32-DevKitC（开发板）30 4.2.1 概述30 4.2.2 原理图31 4.2.2.1电源原理图31 4.2.2.2USB 转串口原理图31 5 典型应用案例32 5.1UART 串口转 Wi-Fi 智能硬件32 5.2ESP32-Lyra（智能音频平台）32 表格 1管脚定义12 2Strapping 管脚15 3ESP-WROOM-32 管脚定义27 4UART 接口的管脚定义32 插图 1ESP32 功能框图10 2ESP32 管脚布局（封装为 QFN 6*6）11 3ESP32 管脚布局（封装为 QFN 5*5）12 4ESP32 原理图

8、16 5ESP32 数字电源17 6ESP32 模拟电源18 7ESP32 Flash19 8ESP32 晶振19 9ESP32 晶振（RTC 时钟）20 10ESP32 射频匹配电路图20 11ESP32 传感器采样电容21 12ESP32 外置电容21 13ESP32 版图设计22 14ESP32 晶振设计23 15ESP32 射频部分版图设计23 16PAD/TV Box 平面位置规划框架24 17ESP-WROOM-32 模组外观图26 18ESP-WROOM-32 模组外观尺寸图27 19ESP32-DevKitC 尺寸图30 20ESP32-DevKitC 布局图30 21ESP3

9、2-DevKitC 电源原理图31 22USB 转串口原理图31 1. 产品概述 1.产品概述 ESP32 是集成 2.4 GHz Wi-Fi 和蓝牙双模的单芯片方案，采用台积电 (TSMC) 超低功耗的 40 纳米工艺，拥有最 佳的功耗性能、射频性能、稳定性、通用性和可靠性，适用于各种应用和不同功耗需求。 ESP32 是业内集成度领先的 Wi-Fi + 蓝牙解决方案，外部元器件仅有 16 个，并且集成了天线开关、射频 balun、 功率放大器、低噪放大器、过滤器、电源管理模块和先进的自校准电路，极大减少了印刷电路板 (PCB) 的面 积。 ESP32 还集成了先进的自校准电路，实现了动态自动

10、调整，以消除外部电路的缺陷，更好地适应外部环境的变 化。因此，ESP32 的批量生产不需要昂贵的专用 Wi-Fi 测试设备。 目前 ESP32 系列的产品型号包括 ESP32-D0WDQ6，ESP32-D0WD，ESP32-D2WD 和 ESP32-S0WD。产品型 号说明和订购信息请参考文档 ESP32 技术规格书。 1.1基础协议 1.1.1Wi-Fi 802.11 b/g/n/e/i 802.11 n (2.4 GHz)，速度高达 150 Mbps 802.11 e：QoS 机制实现无线多媒体技术 WMM-PS, UAPSD A-MPDU 和 A-MSDU 帧聚合技术 块回复 分片和重组

11、 Beacon 自动监测/扫描 802.11 i 安全特性：预认证和 TSN 支持 WPA/WPA2/WPA2-Enterprise/WPS 加密 基础结构型网络 (Infrastructure BSS) Station 模式/SoftAP 模式 Wi-Fi Direct (P2P)、P2P 发现、P2P GO 模式和 P2P 电源管理 UMA 兼容和认证 天线分集与选择 Espressif Systems7ESP32 硬件设计指南 V1.8 1. 产品概述 1.1.2蓝牙 蓝牙 v4.2 完整标准，包含传统蓝牙 (BR/EDR) 和低功耗蓝牙 (BLE) 支持标准 Class-1、Class

12、-2 和 Class-3，且无需外部功率放大器 加强的精准功率控制 输出功率高达 +10 dBm NZIF 接收器具有 -98 dBm 的 BLE 接收灵敏度 自适应跳频 (AFH) 基于 SDIO/SPI/UART 接口的标准 HCI 速度高达 4 Mbps 的高速 UART HCI 支持 BT 4.2 controller 和 host 协议栈 服务发现协议 (SDP) 通用访问应用 (GAP) 安全管理协议 (SMP) 低功耗蓝牙 ATT/GATT HID 可支持所有基于 GATT 的低功耗蓝牙应用 SPP-Like 低功耗蓝牙数据透传协议 BLE Beacon A2DP/AVRCP/S

13、PP, HSP/HFP, RFCOMM CVSD 和 SBC 音频编解码算法 蓝牙微微网 (Piconet) 和散射网 (Scatternet) 1.2应用 通用低功耗 IoT 传感器 Hub 通用低功耗 IoT 记录器 相机的视频流传输 OTT 电视盒/机顶盒设备 音乐播放器 网络音乐播放器 音频流媒体设备 Espressif Systems8ESP32 硬件设计指南 V1.8 1. 产品概述 Wi-Fi 玩具 计数器 玩具防丢器 Wi-Fi 语音识别设备 耳麦 智能插座 家庭自动化 Mesh 网络 工业无线控制 婴儿监控器 传感器网络 可穿戴电子产品 Wi-Fi 位置感知设备 安全 ID

14、标签 健康医疗 运动监测和防丢报警器 温度记录仪 Espressif Systems9ESP32 硬件设计指南 V1.8 1. 产品概述 1.3功能框图 Core and memory ROM Cryptographic hardware acceleration AES SHARSA RTC ULP coprocesser Recovery memory PMU Bluetooth link controller Bluetooth baseband Wi-Fi MAC Wi-Fi baseband SPI 2 ?or 1? x Xtensa 32- bit LX6 Microprocess

15、ors RF receive RF transmit Switch Balun I2C I2S SDIO UART CAN ETH IR PWM Temperature sensor Touch sensor DAC ADC Clock generator RNG SRAM Embedded Flash 图 1: ESP32 功能框图 说明： Embedded Flash 以及 CPU 内核数量在不同型号的芯片之间有差异，具体请参考文档 ESP32 技术规格书。 Espressif Systems10ESP32 硬件设计指南 V1.8 2. 管脚定义 2.管脚定义 2.1管脚布局 32K_XP

16、12 VDET_211 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 VDET_1 CHIP_PU SENSOR_VN SENSOR_CAPN SENSOR_CAPP SENSOR_VP VDD3P3 VDD3P3 LNA_IN VDDA 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 GPIO16 VDD_SDIO GPIO5 VDD3P3_CPU37 GPIO1938 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 GPIO22 U0RXD U0TXD GPIO21 XTAL_N XTAL_P VDDA CAP2 CAP1 GPIO2 24 MTDO 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 MTCK VDD3P3_RTC MT