ESP8266芯片介绍

乐鑫信息科技2014年12⽉月3⽇日免责申明和版权公告本⽂文中的信息，包括供参考的URL地址，如有变更，恕不另⾏行通知。⽂文档“按现状”提供，不负任何担保责任，包括对适销性、适⽤用于特定⽤用途或⾮非侵权性的任何担保，和任何提案、规格或样品在他处提到的任何担保。本⽂文档不负任何责任，包括使⽤用本⽂文档内信息产⽣生的侵犯任何专利权⾏行为的责任。本⽂文档在此未以禁⽌止反⾔言或其他⽅方式授予任何知识产权使⽤用许可，不管是明⽰示许可还是暗⽰示许可。Wi-Fi联盟成员标志归Wi-Fi联盟所有。⽂文中提到的所有商标名称、商标和注册商标均属其各⾃自所有者的财产，特此声明。版权归©2015乐鑫信息技术有限公司所有。保留所有权利。乐鑫信息科技2014年12⽉月3⽇日⺫⽬目录1.简介 12.技术概述 13.特征 14.应⽤用图表 25.超低能耗技术 25.1.最⼤大集成度 36.ESP8266的应⽤用主体 37.规格 47.1.功耗 47.2.规格 48.CPU、存储器和接⼝口 58.1.CPU 58.2.存储控制器 58.3.AHB和AHB模块 58.4.接⼝口 58.4.1.主SI/SPI控制（可选） 58.4.2.通⽤用IO 68.4.3.数字IO管脚 78.5.AnalogADC 79.固件和软件⼯工具开发包 79.1.特征 810.电源管理 911.时钟管理 1011.1.⾼高频时钟 1011.2.外部参考要求 1012.⽆无线电接收器 1012.1.频道频率 1112.2.2.4GHz接收器 1112.3.2.4GHz发射器 1112.4.时钟⽣生成器 11附：QFN32封装尺⼨寸图 12乐鑫信息科技2014年12⽉月3⽇日1.简介乐鑫智能互联平台——ESCP拥有⾼高性能⽆无线SOC，给移动平台设计师带来福⾳音，它以最低成本提供最⼤大实⽤用性，为WiFi功能嵌⼊入其他系统提供⽆无限可能。图1：ESP8266时钟结构图2.技术概述ESP8266是⼀一个完整且⾃自成体系的Wi-Fi⺴⽹网络解决⽅方案，能够搭载软件应⽤用，或通过另⼀一个应⽤用处理器卸载所有Wi-Fi⺴⽹网络功能。ESP8266在搭载应⽤用并作为设备中唯⼀一的应⽤用处理器时，能够直接从外接闪存中启动。内置的⾼高速缓冲存储器有利于提⾼高系统性能，并减少内存需求。另外⼀一种情况是，⽆无线上⺴⽹网接⼊入承担Wi-Fi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，连接简单易⾏行，只需通过SPI/SDIO接⼝口或中央处理器AHB桥接⼝口即可。ESP8266强⼤大的⽚片上处理和存储能⼒力，使其可通过GPIO⼝口集成传感器及其他应⽤用的特定设备，实现了最低前期的开发和运⾏行中最少地占⽤用系统资源。ESP8266⾼高度⽚片内集成，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，且包括前端模块在内的整个解决⽅方案在设计时将所占PCB空间降到最低。装有ESP8266的系统表现出来的领先特征有：节能VoIP在睡眠/唤醒模式之间的快速切换、配合低功率操作的⾃自适应⽆无线电偏置、前端信号的处理功能、故障排除和⽆无线电系统共存特性为消除蜂窝/蓝⽛牙/DDR/LVDS/LCD干扰。3.特征▪802.11b/g/n▪Wi-FiDirect(P2P)、soft-AP1乐鑫信息科技2014年12⽉月3⽇日▪内置TCP/IP协议栈▪内置TR开关、balun、LNA、功率放⼤大器和匹配⺴⽹网络▪内置PLL、稳压器和电源管理组件▪802.11b模式下+19.5dBm的输出功率▪⽀支持天线分集▪断电泄露电流⼩小于10uA▪内置低功率32位CPU：可以兼作应⽤用处理器▪SDIO2.0、SPI、UART▪STBC、1x1MIMO、2x1MIMO▪A-MPDU、A-MSDU的聚合和0.4μs的保护间隔▪2ms之内唤醒、连接并传递数据包▪待机状态消耗功率⼩小于1.0mW(DTIM3)
4.应⽤用图表5.超低能耗技术ESP8266专为移动设备、可穿戴电⼦子产品和物联⺴⽹网应⽤用设计，并与其他⼏几项专利技术⼀一起使机器实现最低能耗。这种节能的构造以三种模式运⾏行：激活模式、睡眠模式和深度模睡眠式。2乐鑫信息科技2014年12⽉月3⽇日ESP8266使⽤用⾼高端电源管理技术和逻辑系统调低⾮非必需功能的功率，调控睡眠模式与⼯工作模式之间的转换，在睡眠模式下，其消耗的电流⼩小于12uA，处于连接状态时，其消耗的功率少于1.0mW(DTIM=3)或0.5mW(DTIM=10)。睡眠模式下，只有校准的实时时钟和watchdog处于⼯工作状态。可以通过编程使实时时钟在特定的时间内唤醒ESP8266。通过编程，ESP8266会在检测到某种特定情况发⽣生的时候⾃自动唤醒。ESP8266在最短时间内⾃自动唤醒，这⼀一特征可以应⽤用到移动设备的SOC上，这样SOC在开启Wi-Fi之前均处于低功耗待机状态。为满⾜足移动设备和可穿戴性电⼦子产品的功率需求，ESP8266在近距离时可以通过软件编程减少PA的输出功率来降低整体功耗，以适应不同的应⽤用⽅方案。
 5.1.最⼤大集成度ESP8266集成了板⼦子上最关键的部件，其中包括电源管理组件、TR开关、RFbalun、峰值为+25dBm的⼤大功率PA，因此，ESP8266既保证了BOM的成本最低，⼜又便于被嵌⼊入任何系统。ESP8266仅有的外部BOM是电阻器、电容器和晶振。6.ESP8266的应⽤用主体▪智能电源插头▪家庭⾃自动化▪⺴⽹网状⺴⽹网络▪⼯工业⽆无线控制▪婴⼉儿监控器▪⺴⽹网络摄像机▪传感器⺴⽹网络▪可穿戴电⼦子产品▪⽆无线位置感知设备▪安全ID标签▪⽆无线定位系统信号3乐鑫信息科技2014年12⽉月3⽇日7.规格7.1.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，于天线接⼝口处完成。[2]所有发射数据是基于90%的占空⽐比，在持续发射的模式下测得的。7.2.规格以下数据是在室内温度下，电压为3.3V和1.1V时分别测得。模式最⼩小值通常最⼤大值单位传送802.11b,DSSS1Mbps,POUT=+19.5dBm215mA传送802.11b,CCK11Mbps,POUT=+18.5dBm197mA传送802.11g,OFDM54Mbps,POUT=+16dBm145mA传送802.11n,MCS7,POUT=+14dBm135mA接收802.11b,包⻓长1024字节,-80dBm60mA接收802.11g,包⻓长1024字节,-70dBm60mA接收802.11n,包⻓长1024字节,-65dBm62mAModemSleep15mALightSleep0.5mA节能模式DTIM11.2mA节能模式DTIM30.9mA深度睡眠10uA关机0.5uA描述最⼩小值通常最⼤大值单位输⼊入频率24122484MHz输⼊入电阻50Ω输⼊入反射-10dB72.2Mbps下，PA的输出功率141516dBm11b模式下，PA的输出功率17.518.519.5dBm灵敏度DSSS,1Mbps-98dBmCCK,11Mbps-91dBm6Mbps(1/2BPSK)-93dBm54Mbps(3/464-QAM)-75dBm4乐鑫信息科技2014年12⽉月3⽇日8.CPU、存储器和接⼝口8.1.CPU这款芯⽚片嵌⼊入了⼀一个超低功率32位微型CPU，带有16位精简模式。可以通过以下接⼝口连接该CPU：▪连接存储控制器、也可以⽤用来访问外接闪存的编码RAM/ROM接⼝口(iBus)▪同样连接存储控制器的数据RAM接⼝口(dBus)▪访问寄存器的AHB接⼝口▪JTAG调试接⼝口8.2.存储控制器存储控制器包含ROM和SRAM。CPU可以通过iBus、dBus和AHB接⼝口访问存储控制器。这些接⼝口中任意⼀一个都可以申请访问ROM或RAM单元，存储仲裁器以到达顺序确定运⾏行顺序。8.3.AHB和AHB模块AHB模块充当仲裁器，通过MAC、主机的SDIO和CPU控制AHB接⼝口。由于发送地址不同，AHB数据请求可能到达以下两个从机中的⼀一个：▪APB模块，或▪闪存控制器（通常在脱机应⽤用的情况下）闪存控制器接收到的请求往往是⾼高速请求，⽽而APB模块接收到的往往是访问寄存器的请求。PB模块充当解码器，但只可以访问ESP8266主模块内可编程的寄存器。由于发送地址不同，APB请求可能到达⽆无线电接收器、SI/SPI、主机SDIO、GPIO、UART、实时时钟(RTC)、MAC或数字基带。8.4.接⼝口ESP8266包含多个模拟和数字接⼝口，详情如下：8.4.1.主SI/SPI控制（可选）HT20,MCS7(65Mbps,72.2Mbps)-71dBm邻频抑制OFDM,6Mbps37dBOFDM,54Mbps21dBHT20,MCS037dBHT20,MCS720dB5乐鑫信息科技2014年12⽉月3⽇日主串⾏行接⼝口（SI）能在⼆二、三、四线制总线配置下运⾏行，被⽤用来控制EEPROM或其他I2C/SPI设备。多址I2C设备共享2线制总线。多址SPI设备共享时钟和数据信号，且根据芯⽚片的选择，各⾃自单独使⽤用由软件控制的GPIO管脚。SPI可以被⽤用来控制外接设备，如串⾏行闪存、⾳音频CODEC或其他从机设备，安装时，给它三个不同的有效管脚，使其成为标准主SPI设备。▪SPI_EN0▪SPI_EN1▪SPI_EN2SPI从机被⽤用作主接⼝口，从⽽而给SPI主机和SPI从机提供⽀支持。在内置应⽤用中，SPI_EN0被⽤用作使能信号，作⽤用于外接串⾏行闪存，将固件和/或MIB数据下载到基带。在基于主机的应⽤用中，固件和MIB数据可以通过主机接⼝口⼆二者任选其⼀一进⾏行下载。此管脚低电平有效，不⽤用的时候应该悬空。SPI_EN1常被⽤用于⽤用户应⽤用，如控制内置应⽤用中的外接⾳音频codec或感应器ADC。此管脚低电平有效，不⽤用的时候应该悬空。SPI_EN2常被⽤用来控制EEPROM，储存个别数据（individualdata），如MIB信息、MAC地址和校准数据，或作⼀一般⽤用途。此管脚低电平有效，不⽤用的时候应该悬空。图2:SPI时序特征8.4.2.通⽤用IO总共有多达16个GPIO管脚。固件可以给它们分配不同的功能。每个GPIO都可以配置内部上拉/下拉电阻、可供软件寄存器取样的输⼊入、引发边缘或电平CPU中断的输⼊入、引发电平唤醒中断的输⼊入、开漏或互补推挽输出驱动、软件寄存器的输出源或sigma-deltaPWMDAC。这些管脚与其他功能复⽤用，如主接⼝口、UART、SI、蓝⽛牙共存等等。6乐鑫信息科技2014年12⽉月3⽇日8.4.3.数字IO管脚数字IO焊盘是双向、三态的。它包括输⼊入和输出的三态控制缓冲器。此外，对于低功耗的运算，IO还能被设定为保持状态。⽐比如说，当我们降低芯⽚片的功耗，所有输出使能信号可以被设定为保持低功耗状态。选择性的保持功能可以应需植⼊入IO中。当IO不由内外部电路驱动时，保持功能可以被⽤用于保持上次的状态。保持功能给管脚引⼊入⼀一些正反馈。因此，管脚的外部驱动必须强于正反馈。然⽽而，所需驱动⼒力⼤大⼩小仍然很⼩小，在5uA之内。所有的数字IO管脚都要在引脚和地之间加⼀一个过压保护电路（snapbackcircuit）。通常回跳（snapback）电压⼤大概是6V，⽽而维持电压是5.8V。这就可以避免电压过⾼高和产⽣生ESD。⼆二极管也使输出设备避免产⽣生反向电压。8.5.AnalogADCESP8266EX集成了⼀一个通⽤用的10bit精度的ADC。可检测的模拟输⼊入电压范围在0到1V。该ADC主要⽤用于检测传感器输出或是电池电量等。在EXP8266EX发包时不可使⽤用ADC，否则将会导致电压值的不准确。9.固件和软件⼯工具开发包固件在芯⽚片上的ROM和SRAM上运⾏行，当设备处于唤醒状态时，固件通过SDIO界⾯面从主机上下载指令。