BK7231M 模组规格说明
简介
BK7231M是一颗集成蓝牙双模5.1和Wi-Fi802.11n的芯片。芯片集成了完成完整的Wi-Fi和蓝牙应用需要的硬件和软件资源，可以支持AP和STA双角色连接，并同时支持经典蓝牙和低功耗蓝牙连接。运行速度最高可到120MHz的32-bitMCU以及内置的256KBRAM，可以使得芯片支持多云连接，并且MCU专为信号处理扩展的指令使其可以有效地实现音频编码和解码。
BK7231M拥有丰富的外设，如PWM、I2C、UART、SPI、SDIO以及IrDA。可以直接通过UART下载和烧录程序。多达六路的32位高速PWM输出使用芯片非常适合高品质的LED控制。每2个PWM可配置为相位可控的差分模式，以支持电机和灯带驱动。
BK7231M内部集成了基于优先级的Wi-Fi和蓝牙共存控制模块，实现实时的优先级和收发调度。BK7231M可以提供当前收发器的收发状态指示，从而支持外部的PA和LNA扩展。
BK7231M内嵌eFUSE并支持FLASH内的OTP读写，可以用于提供唯一序列号、代码加密并保护调试接口安全。内部集成了真随机数发生器和安全模块，保证通信的安全和快速的身份验证和网络连接。
BK7231M支持低功耗睡眠模式，MCU可以进入睡眠状态，达到微安级的睡眠电流。BK7231M支持的深度睡眠模式，可以在几个微安的电流下，运行32位时钟，并可以被此时钟唤醒或者被任何GPIO唤醒。
BK7231M的蓝牙，不仅支持经典蓝牙标准速率连接，同时支持所有的BLE5.1速率和功能，包括LongRange、HighDataRate、以及最多四天线的AoA/AoD定位。
技术特点
- 符合802.11 b/g/n 1x1 标准
- 54 Mbps 输出功率17 dBm
- 54 Mbps 灵敏度-76 dBm
- 20 MHz 带宽和STBC
- 支持STA、AP、和Direct 模式
- 支持AP 和STA 双角色并行
- MCU 速度可到120 MHz
- 256 KB 内部RAM
- 2MB 或4MB 内部Flash UART 或者SPI 下载
- 50 MHz 时钟频率SDIO
- 高速SPI 接口
- 双I2C 接口
- 六路32 位计数器和一个低功耗计数器
- 六路支持高速时钟或者低功耗时钟的
- PWM 输出
- 六路高速10 位多通道ADC，并支持
- 内部滤波到16 位
- 32 字节eFUSE
- 256 Byte ~ 2 KByte OTP
- 真随机数发生器
- 26 MHz 和32 KHz 时钟信号输出
- 可区分上电复位和看门狗复位
管脚
BK7231M 的QFN4x4 32-pin 封装。
| 32PIN | 名称 | 管脚类型 | 描述 |
|---|---|---|---|
| 1 | VCCRXFE | I | 射频前端电源输入 |
| 2 | ANT | IO | 2.4 GHz 射频输入输出，外接天线 |
| 3 | VCCPA | I | 射频PA电源输入，电压3.0V~3.6V，推荐3.3V，连VBAT，电流大于100mA |
| 4 | VCCPAD | I | 射频发射电源输入, 电压3.0V~3.6V, 连VBAT |
| 5 | VCCIF | I | 中频电源输入，电压2.7V~3.0V左右 |
| 6 | VSYS | O | 系统电源输出，电压2.7V~3.0V左右，供给VCCIF,VCCRXFE，VCCPLL |
| 7 | VDDDIG | O | 数字电源输出 ，电压1.2V左右 |
| 8 | NC | NC | 外部不连 |
| 9 | VBAT | I | 芯片主电源输入，电压3.0V~3.6V，推荐3.3V |
| 10 | P28/ADC4/RXEN | IO | 通用IO口或ADC4或射频接收时置高 |
| 11 | P14/SD_CLK/SCK/ANT0 | IO | 通用IO口或SD的CLK或SPI的SCK或BLE天线控制ANT0 |
| 12 | P16/SD_CMD/MOSI/ANT2 | IO | 通用IO口或SD的CMD或SPI的MOSI或BLE天线控制ANT2 |
| 13 | P15/CSN/ANT1 | IO | 通用IO口或SPI的CSN或BLE天线控制ANT1 |
| 14 | P17/SD_D0/MISO/ANT3 | IO | 通用IO口或SD的D0或SPI的MISO或BLE天线控制ANT3 |
| 15 | P26/ADC1/IRDA/PWM5 | IO | 通用IO口或ADC1或红外接收或PWM5 |
| 16 | P24/ADC2/LPO_CLK/PWM4 | IO | 通用 IO 口或 ADC2 或低功耗时钟32.768K 输出或 PWM4 |
| 17 | P23/ADC3/TDO/F_SO | IO | 通用 IO 口或 ADC3 或 JTAG 的 TDO 或Flash 用SPI 下载时的数据输出 |
| 18 | P22/ADC5/CLK_26M/TDI/ TXEN/F_SI | IO | 通用 IO 口或 ADC5 或晶体频率输出或JTAG 的 TDI 或射频发射时置高或 Flash用 SPI 下载时的数据输入 |
| 19 | P21/ADC6/I2C1_SDA/TMS/ F_CSN | IO | 通用 IO 口或 ADC6 或 I2C1 的SDA 或JTAG 的 TMS 或 Flash 用 SPI 下载时的片选 |
| 20 | P20/I2C1_SCL/TCK/F_SCK | IO | 通用 IO 口或 I2C1 的 SCL 或 JTAG 的TCK 或 Flash 用 SPI 下载时的时钟 |
| 21 | CEN | I | 芯片使能，高有效 |
| 22 | P6/CLK13M/PWM0 | IO | 通用IO口或晶体时钟的1，2，4，8分频输出或PWM0 |
| 23 | P7/WIFI_ACTIVE/PWM1 | IO | 通用IO口或WIFI与BT共存的WIFI_ACTIVE控制或PWM1 |
| 24 | P8/BT_ACTIVE/PWM2 | IO | 通用IO口或WIFI与BT共存的BT_ACTIVE控制或PWM2 |
| 25 | P9/BT_PRIORITY/PWM3 | IO | 通用IO口或WIFI与BT共存的BT_PRIORITY控制或PWM3 |
| 26 | P10/DL_RX/UART1_RXD | IO | 通用IO口或FLASH用UART下载的RXD或串口UART1的RXD |
| 27 | P11/DL_TX/UART1_TXD | IO | 通用 IO 口或 FLASH 用 UART 下载的TXD 或串口 UART1 的 TXD |
| 28 | P1/UART2_RXD/I2C2_SDA | IO | 通用IO口或串口UART2的RXD 或I2C2的SDA |
| 29 | P0/UART2_TXD/I2C2_SCL | IO | 通用IO口或串口UART2的TXD或 I2C2的SCL |
| 30 | XI | I | 26 MHz晶体输入端 |
| 31 | XO | O | 26 MHz晶体输出端 |
| 32 | VCCPLL | I | PLL电源输入，电压2.7V~3.0V左右 |
Wi-Fi 和蓝牙
BK7231M 支持 802.11b/g/n 的完整功能。通过 GPIO22 的发射激活指示TXEN 和 GPIO28 的接收激活指示 RXEN，系统可以外接 LNA 和PA 实现更远的通讯距离。
BK7231M 集成经典蓝牙和低功耗BLE 系统，蓝牙和Wi-Fi 共享天线和收发电路。内部基于优先级的调度逻辑保证蓝牙和Wi-Fi 双连接的稳定并能够有效地共享空中资源。
时钟
系统包含如下 7 个一级时钟源。
X26M：高频晶体振荡器，通常为 26 MHz。也是DPLL 和I2S PLL 的参考时钟。X26M 包含可调节的 6~18 pF 电容（输入口和输出口各有 6~18 pF），共 64 步可调节。振荡器启动时间约几个毫秒
DCO：内部高频数字控制振荡器，频率 26~120 MHz。校准后，频率误差在+/-2%左右。 DCO 的启动时间约几个微秒
D32K：从 26 MHz 分频下来的 32 kHz 时钟
ROSC：内部低频振荡器，频率误差在+/-2%左右
DPLL：高速480 MHz PLL
低功耗时钟（LPO_CLK）来自D32K 或者ROSC。 MCU 和其他外设的时钟源可以选择如下。
芯片还可以为其他外部器件输出时钟，如下。
LPO_CLK 和 X26M 时钟可以输出到GPIO
可以输出X26M 分频下来的 13 MHz 时钟，一般用于给外部 FM 接收机提供主时钟
复位
除了低功耗常开AON 逻辑以外的电路，系统上电、数字电源开启、看门狗复位有相同的复位效 果，都会将整个芯片复位到初始状态，但是看门狗复位有特殊的指示位，以和上电复位进行区分。 AON 逻辑有 32 位计数器和 16 位保持寄存器，这些计数器仅仅被系统上电复位到初始状态，而其他复位信号影响不会改变它们的内容。 系统从关机 Shut down 模式或者深睡眠Deep sleep 模式唤醒后，都会触发整个系统重启过程。
低功耗管理
为了减少功耗，BK7231M 可以进入如下低功耗模式。
Shutdown关机模式– 当CEN=0 系统进入关机模式。当 CEN=1 持续几个毫秒后，系统上电启动 进入工作模式
Deepsleep深度睡眠模式– 整个模式下，主MCU 系统断电，只有GPIO 状态保持并且AON 部 分保持工作。GPIO 边沿改变或者AON 计数器中断可以唤醒系统到工作状态。AON 的保持寄存器保持内容。
NormalStandby正常待机模式 – 此模式下，MCU 停止运行，外设可以继续工作，并产生中断唤 醒MCU 继续运行
LowvoltageStandby低电压待机模式– 为了进一步降低漏电，系统可以进入低电压待机模式。 整个模式下，MCU 和所有数字外设的时钟都被停止，此时仅有GPIO 中断和AON 计数器中断可以唤醒系统恢复到正常电压继续运行
外设
UART
BK7231M 有两套UART（UART1 和 UART2），最大波特率 6 Mbps。UART 支持 5、6、7 和 8位数据宽度。支持偶数、奇数或者 0 校验位。停止位可以是 1 或者 2 位。 UART1(GPIO10=DL_RX，GPIO11=DL_TX)支持 FLASH 下载。 在低电压待机状态下，持续的将低电平加在TXD 或者 RXD 数据线上，可以唤醒MCU 和 UART 恢复到正常电压并运行。
SPI
BK7231M 的SPI 支持主模式和从模式，在从模式下，速率一般可以到至少 50 MHz，此时有专门的DMA 通道来处理 SPI 接口的数据。 无论主模式还是从模式，BK7231M 的SPI 都可以支持 8 MHz，接收数据采用的时钟沿可以是时钟的任意沿。发射数据起始位可以是MSB 或者LSB。
SDIO
BK7231M SDIO 最高时钟频率可以到 50 MHz。SDIO 一般做主用于读取 SD 卡。
I2C
BK7231M 支持两套I2C，一般速度支持到 400 kHz，采用 7 位寻址。当 SCL 上的低电平或者总线空闲时间超过设定的门限，I2C 会产生中断告知MCU。
ADC
BK7231M 有多个ADC 通道，配合内部的平均和下采样滤波器，ADC 支持 10~16 位输出。输出可以是单个、连续或者软件读取更新模式。 ADC 的信号源除了GPIO，还可以直接测量电源管脚、内部温度传感器以及内部校准电路的电压。
PWM
BK7231M 有 6 个 Timer（无 PWM），还有 6 个PWM 通道（支持 Timer 模式）。每个PWM 通道有三种模式：Timer 模式、PWM 模式、Capture 模式。每个通道的各个模式都是复用 32-bit计数。
- 运行频率可以预先分频 1~256
- 计数器单向增加计数，到最大值后溢出自动从 0 开始继续计数
- 每个通道可以单独使能，每个通道的模式可单独配置
- Capture 模式可以对上升沿、下降沿或者双沿之间进行连续的计数
- PWM 模式周期和Duty Cycle 可配置
- Timer 模式下，当前实时计数值可读
PWM 单个通道对外有1 个信号脚，定义如下。
| 名称 | 类型 | 描述 |
|---|---|---|
| PWM | I/O | PWM 波形输出，或者Capture 信号输入 |
BK7231M 目前只有将第一组的信号 PWM0~PWM5 映射到GPIO。第二组仅仅作为Timer 使用。
Timer 模式
-Timer 模式下，计数器Enable 使能后，递增计数，达到指定周期值后，产生中断。并重新开始从 0 开始计数。
如果计数过程中，软件刷新计数周期值，则以新的计数周期值为计数周期。如果当前计数值超过新的计数周期值，则立刻回到 0 重新开始计数。
计数器如果被Enable=0，则计数器立刻清理到 0。
计数器如果被Stop=1，则计数器停止递增并保持当前状态，在 Stop=0 后继续计数。
计数器的当前计数值实时可读。
PWM 模式
PWM 模式下，PWM 波形启动电平可配置为 0 或者 1，波形时序用 4 个参数配置：波形周期T每一组 6 路PWM 模式，可以配置为 3 对，相邻的 2 路采用配对模式后，他们的启动时刻对齐（此时，波形周期必须配置为相同的值）。
上述中，PWM0 和PWM1 的启动电平相反，波形参数相同，并且采用的是配对模式。 PWM 模式下，不会产生中断。
在运行过程中，任何对配置参数的更新都不会发生效果，直到下次计数器重新从 0 开始。
Capture 模式
Capture 模式，使用工作时钟对输入信号沿之间的时间计数，沿的配置有如下三种。上升沿：两个上升沿之间
下降沿：两个下降沿之间
双沿：任意两个沿之间
上图是双沿模式的 Capture 结果。
每次 Capture 输出有更新，会产生中断。软件可以必须在下次更新前将 Capture 结果读出，否则 Capture 结果会被新的结果覆盖。
Timer 计数器
BK7231M 有两组计数器，每组有三个 32 位计数器。第一组采用X26M 运行并有 4 位预分频数。第二组采用低功耗时钟运行，并有独立的 4 位预分频数。
看门狗时钟用于复位系统，避免系统乱序跑飞。当MCU 停止运行或者断电时，看门狗也会停止运行。
在AON 电源域下的计数器，用于低功耗的计时，即使MCU 断电也能持续运行。
GPIO
BK7231M 有总共19 个GPIOs，任何GPIO 都可以配置为中断源来将系统从低功耗模式唤醒。
FLASH 下载
方式一：通过UART (GPIO10=DL_RX，GPIO11=DL_TX)下载。
方式二：通过专用SPI 下载：CEN 拉低到到高，数字逻辑被复位到工作状态后的几百毫秒内，GPIO20~GPIO23 会被当作下载模式选择管脚，此时，如果接收到指令进入FLASH 下载模式，芯片和这四个管脚将进入FLASH 下载模式，外部下载设备可以通过这四个管脚下载程序到FLASH中的。
IrDA 红外
芯片支持NEC 格式的硬件红外解码。同时，这个接口还支持捕获模式，适合软件解码任意格式的 红外信号。
安全
真随机数发生器、eFUSE、OTP 以及硬件签名和认证负责系统的安全。
总共32 字节eFUSE，在下载模式下，可以由下载口GPIO20~GPIO23 烧录，也可以由内部MCU写入。
| 字节 31 | 字节 30:16 | 字节 15:0 |
|---|---|---|
| 控制 | 用户定义 | 代码加密 |
字节（byte）31 的定义如下：
bit 7：1：关闭 JTAG；0：使用 JTAG
bit 6：1：关闭 FLASH 下载；0：使能 FLASH 下载
bit 5：1：byte15:0 做代码加密；0：没有代码加密功能，byte15:0 给用户
bit 4：byte15:0 的读禁止（1）
bit 3：byte15:0 的写禁止（1）
bit 2：byte16:23 的写禁止（1）
bit 1：byte24:29 的写禁止（1）
bit 0：eFUSE 所有 32 字节的写禁止（1）
上述读禁止操作，仅仅当 byte15:0 用于代码加密时有效；否则 byte15:0 永远可读。
上述写禁止操作，适合烧录口和 MCU。
温度传感器
片内温度传感器可以测量-40~125 度的内部温度，精度在+/-3 度。测量结果可以被 ADC 采样软件读取。
通常软件会根据温度值启动特定模块的校准，缩小芯片在不同温度下的性能差异。主机也可以读取片内温度，决定是否在高温时降低发射功率或者暂停工作。
电气特性
极限参数
| 项目 | 管脚名称 | 最小 | 最大 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| 电池和电源供电IO | VCCRXFE, VCCPA, VCCPAD,VCCIF, VSYS, VBAT, CEN, VCCPLL | -0.3 | 3.9 | V |
| 数字输入管脚 | -0.3 | 3.9 | V | |
| 模拟管脚 | XI, XO | -0.3 | 1.5 | |
| 射频管脚 | ANT | -0.3 | 1.5 | V |
| 存储温度 | -55 | 125 | ℃ |
ESD 指标
| 项目 | 描述 | 值 | 单位 |
|---|---|---|---|
| ESD_HBM | 静电放电承受力-人体模型 | +/-4000 | V |
| ESD_MM | 静电放电承受力-机器模型 | +/-200 | V |
| ESD_CDM | 静电放电承受力-CDM模型 | +/-250 | V |
建议工作条件
| 参数 | 条件 | 最小 | 典型 | 最大 | 单位 |
|---|---|---|---|---|---|
| 工作电压 | VBAT-pin | 2.1 | 3.3 | 3.6 | V |
| 工作温度（环境温度） | -40 | 105 | ℃ | ||
| IO输出高电平VOH | IOH=-0.25mA | VBAT-0.3 | VBAT | V | |
| IO输出低电平VOL | IOH=0.25mA | VSS | VSS+0.3 | V | |
| IO输入输出驱动能力 | 通过寄存器设置 | 6 | 20 | mA |
功耗
| 参数 | 条件 | 最小 | 典型 | 最大 | 单位 |
|---|---|---|---|---|---|
| 发射电流 | 17 dBm, 802.11b 11 Mbps | 210 | mA | ||
| 发射电流 | 15 dBm, 802.11g 54 Mbps | 170 | mA | ||
| 接收电流 | -10 dBm输入、802.11b 11 Mbps | 50 | mA | ||
| 接收电流 | -10 dBm输入、802.11g 54 Mbps | 60 | mA | ||
| 正常待机电流 | MCU停止运行，Modem断电 | 30 | uA | ||
| 低电压待机电流 | MCU停止并进入低电压 | 10 | uA | ||
| 深度睡眠电流 | 所有主逻辑断电，仅仅AON计数器工作 | 5 | uA | ||
| 关机电流 | CEN=0 | 1 | uA | ||
| 注意：所有测量结果都是在常温和3.3V电压下获得 |
Wi-Fi 接收特性
| 参数 | 条件 | 最小 | 典型 | 最大 | 单位 |
|---|---|---|---|---|---|
| 工作频率 | 2412 | 2484 | MHz | ||
| 灵敏度 | HT20 MCS7 | -72 | dBm | ||
| 54 Mbps OFDM | -75 | dBm | |||
| 6 Mbps OFDM | -91 | dBm | |||
| 11 Mbps DSSS | -88 | dBm | |||
| 1 Mbps DSSS | -99 | dBm | |||
| 邻信道抑制比 | HT20 MCS7 | 25 | dB | ||
| 54 Mbps OFDM | 26 | dB | |||
| 11 Mbps DSSS | 40 | dB |
Wi-Fi 发射特性
| 参数 | 条件 | 最小 | 典型 | 最大 | 单位 |
|---|---|---|---|---|---|
| 工作频率 | 2412 | 2484 | MHz | ||
| 发射功率（EVM符合标准要求） | HT20 MCS7 | 16 | dBm | ||
| 54 Mbps OFDM | 17 | dBm | |||
| 11 Mbps DSSS | 19 | dBm |
BLE 接收特性
| 参数 | 条件 | 最小 | 典型 | 最大 | 单位 |
| 工作频率 | 2402 | 2480 | MHz | ||
| 空中速率 | 1 | Mbps | |||
| 灵敏度 | -97 | dBm | |||
| 最大射频信号输入 | -10 | dBm | |||
| 互调 | -23 | dBm | |||
| 共信道抑制比C/I | 10 | dB | |||
| 邻信道抑制比C/I | +1MHz | 0 | dB | ||
| -1MHz | 0 | dB | |||
| +2MHz | -20 | dB | |||
| -2MHz | -27 | dB | |||
| +3MHz | -25 | dB | |||
| -3MHz | -36 | dB | |||
| 带外阻塞Blocking | 30 MHz ~2000 MHz | -10 | dB | ||
| 2000 MHz ~2400 MHz | -20 | dB | |||
| 2500 MHz ~3000 MHz | -10 | dB | |||
| 3000 MHz ~12.5 GHz | -10 | dB |
BLE 发射特性
| 参数 | 条件 | 最小 | 典型 | 最大 | 单位 |
|---|---|---|---|---|---|
| 工作频率 | 2402 | 2480 | MHz | ||
| 空中速率 | 1 | Mbps | |||
| 发射功率 | -20 | 5 | 20 | dBm | |
| 20dB带宽 BW | 1 | MHz | |||
| Freq Offset | -150 | 150 | KHz | ||
| Max Drift | -50 | 50 | KHz | ||
| Drift Rate | 80 | 400 | Hz/us | ||
| △f1avg | 225 | 244 | 275 | KHz | |
| △f2max | 185 | 195 | KHz | ||
| △f1avg/△f2avg | 0.8 | 0.85 | |||
| 邻信道发射功率 | 2MHz Offset | -45 | -20 | dBm | |
| >=3MHz Offset | -47 | -30-47 | dBm |
QFN32_4X4封装尺寸
