【ESP32】【硬件設計】

1. ESP32 芯片分類：

ESP32 目前有 6 種：

訂購型號	內核	嵌入式 flash	通信模式	封裝	工作溫度
ESP32-D0WD-V3	雙核	無嵌入式 flash	Wi-Fib/g/n + BT/BLE 雙模	QFN 5*5	–40 °C ~ 125 °C
ESP32-D0WDQ6-V3	雙核	無嵌入式 flash	Wi-Fib/g/n + BT/BLE 雙模	QFN 6*6	–40 °C ~ 125 °C
ESP32-D0WD	雙核	無嵌入式 flash	Wi-Fib/g/n + BT/BLE 雙模	QFN 5*5	–40 °C ~ 125 °C
ESP32-D0WDQ6	雙核	無嵌入式 flash	Wi-Fib/g/n + BT/BLE 雙模	QFN 6*6	–40 °C ~ 125 °C
ESP32-D2WD	雙核	16Mbit 嵌入式 flash(40MHz)	Wi-Fib/g/n + BT/BLE 雙模	QFN 5*5	–40 °C ~ 105 °C
ESP32-S0WD	單核	無嵌入式 flash	Wi-Fib/g/n + BT/BLE 雙模	QFN 5*5	–40 °C ~ 125 °C

V3 爲最近樂鑫對旗下 ESP32 系列產品的晶圓級改進（ECO V3），主要變化如下：

• 修復 PSRAM Cache 問題： 修復了“CPU 以特定順序訪問外部 SRAM 時讀寫異常” 的問題
• 修復 “雙核 CPU 在讀不同地址空間時可能發生讀錯誤” 的問題
• 針對客戶 “ECO V1 硬件配置下， 32.768KHz 晶振小概率無法正常啓動”的問題，優化外部 32.768KHz 晶振的穩定性
• 修復有關 “安全啓動” 和 “閃存加密” 的故障注入問題
• 優化：CAN 模塊支持的最低帶寬從 25KHz 放寬至 12.5KHz

2. 管腳功能

ESP32管腳配置非常靈活，截圖自 Datasheet 如下：

但仍然有幾個比較特殊的功能需要特定的管腳，如下：

• ESP32-D2WD 中的內置 flash 端口與芯片管腳對應關係是：CS# = GPIO16，IO1/DO = GPIO17，IO3/HOLD# = SD_CMD，CLK = SD_CLK，IO2/WP# = SD_DATA_0，IO0/DI = SD_DATA_1。芯片的這幾個管腳不建議用於其他功能
• 除 ESP32-D2WD 的其他 ESP32 芯片和外接 flash 的數據端口連接關係是：SD_DATA0/SPIQ = IO1/DO，SD_DATA1/SPID = IO0/DI，SD_DATA2/SPIHD = IO3/HOLD#，SD_DATA3/SPIWP = IO2/WP#

• GPI34 ~ GPI39 只能作爲輸入功能；

• 推薦使用 ADC1，建議靠近 ADC 功能管腳添加 0.1uF 電容；

• 2*8 bit DAC，只能分配到： GPIO25 和 GPIO26

• 數字輸出管腳驅動強度有四擋可配置：

  • 0： 5mA
  • 1： 10mA
  • 2： 20mA（默認）
  • 3： 40mA

2.1 VDD_SDIO：

• VDD_SDIO 最大輸出電流爲 40mA。
• VDD_SDIO 爲 1.8V 輸出時，電壓範圍在 1.65V ~ 2.0V，需靠近其管腳添加 2K//4.7uF 電路。
• VDD_SDIO 爲 3.3V 輸出時，其由 VDD3P3_RTC 經過 6R 電阻供電，故電壓略低於 VDD3P3_RTC。需靠近其管腳添加 1uF 電容。

2.2 VDD3P3（Pin3&Pin4）：

• 添加 LC 濾波電路，L 額定電流需在 500mA 及以上

2.3 射頻 RF：

• ESP32(6x6) 和 (5x5) RF 管腳輸出阻抗分別爲 30+j10 和 35+j10，設計時需添加 π 型匹配網絡，推薦 CLC 結構；
• RF trace 需做 50R 阻抗管控；

2.4 UART：

• 靠近 U0TXD 串聯 499R 電阻用於抑制 80MHz 諧波；

3. 硬件設計

3.1 上電、復位時序：

• VDD3P3_RTC Min： 2.3V
• VIL_nRST： 0.6V(max)
• t0： CHIP_PU 管腳上電晚於系統電源 3.3V 上電的延時時間，最小值爲 50us
• t1： CHIP_PU 電平低於 VIL_nRST 的時間， 最小值爲 50us

3.2 Strapping 管腳：

CHIP_PU 與 strapping 管腳的建立和保持時間關係：

• VIH： 高電平輸入電壓， 0.75xVDDIO(I/O 供電電源) < VIH < VDDIO+0.3
• t0： CHIP_PU 上電前的建立時間，最小值 0ms
• t1： CHIP_PU 上電後的保持時間， 最小值 1ms

ESP32 共有 5 個 Strapping Pins： GPIO0、GPIO2、GPIO5、GPIO12、GPIO15。

內置 LDO（VDD_SDIO）電壓：

管腳	默認	3.3V	1.8V
GPIO12	下拉	0	1

系統啓動模式：

管腳	默認	SPI啓動模式	下載啓動模式
GPIO0	上拉	1	0
GPIO2	下拉	無關項	0

系統啓動過程中，控制 U0TXD 打印：

管腳	默認	U0TXD 正常打印	U0TXD 上電不打印
GPIO15	上拉	1	0

SDIO 從機信號輸入輸出時序：

管腳	默認	下降沿採樣，下降沿輸出	下降沿採樣，上升沿輸出	上升沿採樣，下降沿輸出	上升沿採樣，上升沿輸出
GPIO15	上拉	0	0	1	1
GPIO5	上拉	0	1	0	1

• “VDD_SDIO” 和 “SDIO 從機信號輸入輸出時序” 可在上電後，通過寄存器修改其配置
• ESP32-D2WD 內置 flash 工作電壓爲 1.8V，上電時需將 GPIO12 拉高，即外部需要添加上拉電阻（推薦 10K）

4. 設計注意事項：

4.1 避免將 ESP 的 strapping pins 與外設的輸出管腳（即，對 ESP 爲輸入）連接：外設的輸出管腳可能在上電時拉住 ESP strapping pins 的狀態，影響上電邏輯。

參考資料：

1. ESP32 硬件設計指南 。