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SF32LB56-MOD 硬件设计指南

1. 引言

SF32LB56-MOD 是思澈科技(SiFli)基于 SF32LB56xV 系列芯片推出的通用低功耗蓝牙(Bluetooth)MCU 模组系列。

本指南以 DS5602-SF32LB56-MOD 技术规格书 V0.3 为依据,梳理原理图设计、PCB 布局、硬件验证和量产准备所需的模组专属信息。内容包括存储型号、89 个接口管脚、三路电源、显示/音频/存储接口、天线摆放要求、搬运要求,以及原理图核对表。

来源与设计建议

除特别标注为集成指导或设计建议的内容外,本文所有技术参数均来自 DS5602-SF32LB56-MOD 技术规格书 V0.3。

2. 器件概览

2.1 架构

SF32LB56-MOD 基于 SF32LB56xV 系列双核 MCU 平台:HCPU 负责应用和图形处理,LCPU 负责低功耗常开任务。HCPU 为最高运行频率 240 MHz 的 Arm Cortex-M33 STAR-MC1 内核,LCPU 为最高 96 MHz 的同类型内核。两个内核均支持 FPU 和 MPU。

模组支持 Bluetooth 5.3 无线连接,并提供显示加速、音频输入/输出、外部存储接口、USB 2.0 FS、SD/SDIO/eMMC、I2S、UART、I2C、SPI、PWM、GPADC 以及调试/下载接口。

2.2 型号

表 2.2-1:SF32LB56-MOD 系列型号
模组代码 主 Flash PSRAM 备用 Flash 工作温度 模组尺寸
SF32LB56-MOD-N16R12N1 16 MB QSPI-NOR 4+8 MB OPI-PSRAM 1 MB QSPI-NOR -40~85°C 18.0 × 32.9 × 3.1 mm
SF32LB56-MOD-A128R12N1 128 MB QSPI-NAND 4+8 MB OPI-PSRAM 1 MB QSPI-NOR -40~85°C 18.0 × 32.9 × 3.1 mm
SF32LB56-MOD-D128R12N1 128 MB SD-NAND 4+8 MB OPI-PSRAM 1 MB QSPI-NOR -40~85°C 18.0 × 32.9 × 3.1 mm

2.3 主要硬件特性

表 2.3-1:主要硬件特性
类别 能力
CPU HCPU 最高 240 MHz,LCPU 最高 96 MHz,均为 Arm Cortex-M33 STAR-MC1
无线 双模蓝牙 5.3,支持 BLE Audio
图形 ePicasso 2.0、eZip 2.0、TurboPixel,支持 8080/SPI/Dual-SPI/Quad-SPI/DPI/RGB/JDI LCD 接口
音频 24-bit DAC、24-bit Sigma-Delta ADC、2 路 PDM 接口(PDM1/PDM2),每路通过左右声道接入 2 个数字麦克风,两路合计最多接入 4 个;1 路 I2S
AI/DSP 矩阵加速器最高 1.92 GOPS,FFT、FIR、CORDIC 加速器
存储 模组 Flash/PSRAM 可选,支持 MPI3 和 SD/SDIO/eMMC
安全 AES、HASH、CRC、TRNG、Secure Boot、1024-bit eFuse、PSA Certified Level 1
天线 PCB 板载天线,或通过 IPEX 兼容连接器连接外部天线

2.4 典型应用

典型应用包括高端智能手表、智能手环、可穿戴医疗设备、健身设备、电动自行车仪表、汽车钥匙、可穿戴式车载遥控器、智能家电、智能门锁、图形化 HMI、工业传感器中枢、工业监测终端、低功耗传感器中枢和蓝牙 Mesh 设备。

3. 设计速览

3.1 一页式工程摘要

表 3.1-1:工程摘要
主题 设计要点
电源 提供 VDD_3V3、VDD_1V8 和 VDDIO,三路电源必须同时上电。
去耦 VDD_3V3、VDD_1V8、VDDIO 靠近模组管脚各放置 4.7 μF 电容。
I/O 电平 VDDIO 支持 1.7–3.6 V,但 PA00–PA11 固定为 3.3 V,需要逐一检查所连接外设的电平。
调试/下载 UART4_TXD/UART4_RXD 是默认打印、下载和调试串口;SWDIO/SWCLK 支持 SWD 下载。
启动模式 BOOT_MODE 为高电平进入下载模式,为低电平进入用户模式。
内部 Flash 冲突 PA06–PA11 默认连接模组内部 Flash,外部不可用。
SDIO/MPI3 冲突 SDIO 与 MPI3 共用 I/O,不能同时使用。
唤醒信号 PA50、PA51、PB32、PB35 可在 MCU 睡眠时接收中断。
PWRKEY PB32 支持高有效 10 s 长按复位,需要 10 kΩ 下拉电阻。
天线 PCB 天线区域禁止铺铜、走线、放置器件和金属;天线不能伸出板边时,建议至少 15 mm 净空。
生产 MSL 3;防潮袋开封后,应在 25 ± 5°C、60% RH 条件下 168 小时内使用;超过时限则需烘烤后再使用。
表 3.2-1:推荐外设器件
电路 器件 摆放和说明
VDD_3V3 4.7 μF 电容 靠近模组电源管脚。
VDD_1V8 4.7 μF 电容 靠近模组电源管脚。
VDDIO 4.7 μF 电容 靠近模组电源管脚。
PB32/PWRKEY 10 kΩ 下拉电阻 用于高有效长按复位。
LCD RGB 信号 33–100 Ω 串联电阻 串在 RGB 信号线上。
PA16/PA17 调试 UART 100 Ω 串联电阻 用于复用的程序下载和调试接口。
TP 等外部接口 ESD 器件 暴露接口需预留 ESD 防护。

3.3 电源树

VDD_3V3 为 MCU 的 PVDD、AVDD33_ANA、AVDD33_AUD、AVDD_BRF、VDDIOA2 以及模组内部 Flash 供电,思澈科技(SiFli)建议该电源轨使用 LDO。VDD_1V8 为 MCU 合封存储器供电。VDDIO 为 MCU 的 VDDIOA/VDDIOB I/O 端口供电。

图 3.3-1:SF32LB56-MOD 模组供电示意图

见 DS5602 V0.3 图 7-1。

3.4 系统框图

模组功能框图展示 SF32LB56xV MCU、存储资源、RF 通道、天线选项、电源输入和外部接口分组。

图 3.4-1:SF32LB56-MOD 功能框图

见 DS5602 V0.3 图 2-1。

4. 硬件设计流程

4.1 设计顺序

  1. 根据固件容量、图形资源、外部存储需求和成本目标选择存储型号。
  2. 在结构冻结前确认使用 PCB 天线还是外部天线。
  3. 定义 VDD_3V3、VDD_1V8、VDDIO 电源架构,并确认三路电源同时上电。
  4. 分配显示、存储、USB、音频、传感器、唤醒、调试和量产测试管脚。
  5. 解决共享资源冲突,尤其是 SDIO 与 MPI3,以及 PA06–PA11 内部 Flash 占用。
  6. 加入去耦、ESD、PWRKEY 下拉、LCD 串联电阻和调试 UART 串联电阻。
  7. 按天线净空要求摆放模组。
  8. 发布前按第 7 章核对表完成原理图和 PCB 复查。

4.2 评审顺序

建议按原理图评审、管脚复用评审、电源上电评审、RF/天线评审、PCB 评审、首板启动调试评审、RF 验证、环境/可靠性评审、量产测试评审的顺序推进。

4.3 里程碑

表 4.3-1:推荐硬件里程碑
里程碑 需要确认的证据
原理图冻结 型号已选定,管脚冲突已清除,电源检查完成,核对表已完成。
PCB 冻结 天线净空已检查,电源去耦已布置,高速接口已评审。
EVT 启动调试 电源、启动模式、UART/SWD、Flash、显示、USB、音频和 RF 冒烟测试通过。
DVT RF 距离、电流、温升、睡眠/唤醒、ESD 策略和外壳影响验证完成。
量产发布 烧录、测试点、检验规则、MSL/回流焊处理和版本记录完成。

5. 原理图设计

5.1 电源系统

5.1.1 电源

表 5.1-1:电源轨
电源 推荐工作范围 用途
VDD_3V3 2.97–3.6 V MCU PVDD、3.3 V 模拟域、RF 模拟域、VDDIOA2、内部 Flash。
VDD_1V8 1.7–1.95 V MCU 合封存储器供电。
VDDIO 1.7–3.6 V MCU VDDIOA/VDDIOB I/O 供电。

VDD_3V3、VDD_1V8 和 VDDIO 必须同时上电。每路电源都需要在靠近模组管脚处放置 4.7 μF 电容。虽然 VDDIO 支持 1.7–3.6 V,规格书同时说明 PA00–PA11 接口电平固定为 3.3 V,不随 VDDIO 变化。

5.1.2 工作模式

BOOT_MODE 控制启动行为:高电平为下载模式,低电平为用户模式。复位和量产烧录期间应保证 BOOT_MODE 网络状态明确。PB32/PWRKEY 支持高有效 10 s 长按复位,需增加 10 kΩ 下拉电阻。

5.2 时钟与 RF

5.2.1 时钟

模组平台使用 48 MHz 晶振,并支持 1 MHz/48 MHz 低功耗 RC、10 kHz 超低功耗 RC,以及可选 32.768 kHz 晶振。时钟相关布局和接地应参考模组参考设计;生产过程中应避免超声波焊接或超声波清洗对内部晶体造成机械应力。

5.2.2 RF

表 5.2-1:蓝牙 RF 摘要
项目 数值
蓝牙频率范围 2402–2480 MHz
BLE 最大发射功率 19 dBm
BLE 发射功率控制范围 -20 至 19 dBm
BLE 1 Mbps 灵敏度 dirty off 时 -100 dBm;dirty on 时 -99.3 dBm
BLE 2 Mbps 灵敏度 dirty off 时 -97 dBm;dirty on 时 -96.5 dBm
BR 最大发射功率 19 dBm
EDR 最大发射功率 13 dBm
BR 灵敏度 dirty off 时 -96.3 dBm;dirty on 时 -94 dBm
EDR2 灵敏度 dirty off 时 -95.5 dBm;dirty on 时 -95 dBm
EDR3 灵敏度 dirty off 时 -88.5 dBm;dirty on 时 -87 dBm

模组支持 PCB 板载天线,也支持通过 IPEX 兼容连接器连接外部天线。应在最终外壳中验证通信距离和 RF 性能,而不能只在开放的测试台上验证。

5.3 用户接口

5.3.1 显示

LCD 控制器支持 DBI 串行 SPI、Dual-SPI、Quad-SPI、8080、DPI/RGB 和 JDI。规格书中的推荐管脚分配图给出了 LCD_DPI_24、LCD_DPI_8、LCD_QSPI、LCD_8080、E-Paper 和 Raspberry Pi 风格接口的管脚映射。

LCD RGB 信号线需要串 33–100 Ω 电阻。RGB、SPI 显示和触摸接口走线应短而一致,TP 等外部接口需要预留 ESD 防护。

图 5.3-1:开发板推荐管脚分配图

见 DS5602 V0.3 图 7-6。

5.3.2 音频

模组引出模拟 DAC 输出、MIC_BIAS、MIC_ADC_IN、I2S 和 PDM 相关管脚。音频 DAC 为 24-bit 输出,支持 8 kHz 至 48 kHz 采样率,SNR 和动态范围均为 109 dB。音频 ADC 为 24-bit Sigma-Delta 输入,支持 8 kHz 至 48 kHz 采样率,SNR 和动态范围均为 99 dB。

模拟音频走线应远离开关电源、LCD 时钟和天线馈线区域。MIC_BIAS 与 MIC_ADC_IN 的滤波器件应靠近麦克风电路放置。

5.3.3 按键

PB32 是 PWRKEY 输入,支持高有效 10 s 长按复位。设计中必须增加 10 kΩ 下拉电阻,并确保运输、深度睡眠(Deep Sleep)和上电过程中该信号不会悬空。

5.3.4 马达和 PWM 负载

规格书推荐管脚分配图中标注 GPTIM 的管脚支持 PWM 输出。马达、背光、蜂鸣器和其他负载应使用外部驱动,不应由模组 GPIO 直接驱动电感或大电流负载。

5.4 存储与连接

5.4.1 存储

模组按型号提供不同主 Flash、4+8 MB OPI-PSRAM 和 1 MB 备用 QSPI-NOR Flash。MPI3 可连接外部 SPI NOR 或 SPI NAND,但 PA06–PA11 默认连接模组内部 Flash,外部不可用。SDIO 与 MPI3 共用 I/O,不能同时使用。

5.4.2 传感器

GPADC 支持 12-bit 转换、最高 4 MS/s、0–3.3 V 单端输入、-2.1 V 至 +2.1 V 差分输入、软件/硬件触发和 DMA。标注 GPADC_CHx 的管脚支持模拟输入,走线应尽量短并增加必要滤波,同时远离 LCD 和 RF 开关噪声。

5.4.3 UART/I2C

UART 支持全双工,最高 6 Mbps。I2C 支持标准模式 100 kbps、快速模式 400 kbps、快速增强模式 1 Mbps 和高速模式 3.4 Mbps。许多 GPIO 可复用为 PAxx_I2C_UART 或 PBxx_I2C_UART,请在原理图冻结前确认最终复用方案。

管脚 6 UART4_TXD 和管脚 7 UART4_RXD 是默认打印串口,并支持程序下载和调试。PA16、PA17 可复用为 DBG_UART,用作程序下载和调试时需要串 100 Ω 电阻。

5.4.4 USB、SPI、SDIO 和 I2S

USB2.0 FS 支持 Host/Device 并集成 PHY。SPI 支持 SSP/SPI 与 Microwire,HPSYS SPI 最高 48 MHz,LPSYS SPI 最高 24 MHz。SDMMC1 支持 SD 3.0、SDIO 3.0 和 eMMC 4.5.1,包含 SDR 与 DDR 模式;SDMMC2 支持 SD/SDIO/eMMC 的 SDR 模式,最高 48 MHz。I2S 支持主/从、全双工、左对齐/右对齐/标准格式和最高 24-bit PCM 位宽。

5.5 生产相关

5.5.1 调试

管脚 79 SWDIO 和管脚 80 SWCLK 是 SWD 调试/下载接口。早期样机和量产夹具都应保留 SWD 访问能力。除非产品已有其他经认可的烧录路径,也应保留默认 UART4 下载/调试通道。

5.5.2 量产

设计中应预留电源、地、BOOT_MODE、复位/PWRKEY、SWD、UART 下载以及校准或 RF 测试所需接口。量产测试软件应覆盖启动、Flash、显示、触摸、音频、USB、传感器、RF 通信、睡眠/唤醒和电流测试。

6. PCB 布局

6.1 机械尺寸与 PCB 封装图

模组尺寸为 18.0 × 32.9 × 3.1 mm。PCB 应使用规格书推荐的封装,并与贴片厂确认焊盘图形、阻焊扩展、钢网开口、禁布区和装配用器件占位边界(courtyard)。

图 6.1-1:SF32LB56-MOD 模组尺寸图

见 DS5602 V0.3 图 8-1。

图 6.1-2:推荐 PCB 封装图

见 DS5602 V0.3 图 8-2,单位为 mm。

6.2 天线摆放

如果使用 PCB 板载天线,应预留天线区域,区域内不放置器件或金属。优先让模组天线区域伸出底板板边,馈点靠近底板板边。

如果天线不能伸出板边,应提供至少 15 mm 净空区域。净空区禁止铺铜、走线和摆放器件,PCB 天线下方的底板区域应尽量切除。

图 6.2-1:模组推荐摆放示意图

见 DS5602 V0.3 图 8-4。

图 6.2-2:PCB 天线净空示意图

见 DS5602 V0.3 图 8-5。

6.3 外部天线连接器

外部天线方案中,规格书描述了一种与 Hirose U.FL 系列、I-PEX MHF I、Amphenol AMC 兼容的第一代外部天线连接器。

图 6.3-1:外部天线连接器尺寸图

见 DS5602 V0.3 图 8-3。

6.4 PCB 布局核对表

表 6.4-1:PCB 布局核对表
类别 检查项
电源 VDD_3V3、VDD_1V8、VDDIO 的 4.7 μF 电容靠近模组管脚。
地 模组地管脚接入低阻抗地系统,高速和 RF 附近有缝合地过孔。
天线 天线禁布区无铜、无走线、无器件、无螺丝、无屏蔽罩和外壳金属侵入。
显示 LCD RGB/SPI 走线短,并注意阻抗控制,同时加入所需串联电阻。
USB USB DP/DM 按差分对布线,ESD 靠近连接器。
模拟音频 MIC_BIAS、MIC_ADC_IN 和 DAC 输出远离开关电源、LCD 时钟和 RF 馈线区域。
调试 SWD 和 UART 下载/调试接口在样机和量产夹具上可访问。

7. 硬件验证

7.1 电气特性

表 7.1-1:绝对最大额定值
符号 描述 最小值 最大值 单位
VDD_3V3 3.3 V 电源输入 -0.3 3.6 V
VDD_1V8 1.8 V 电源输入 -0.3 1.95 V
VDDIO I/O 电源输入 -0.3 3.6 V
Tstore 存储温度 -40 125 °C
表 7.1-2:建议工作条件
符号 描述 最小值 典型值 最大值 单位
VDD_3V3 3.3 V 电源输入 2.97 3.3 3.6 V
VDD_1V8 1.8 V 电源输入 1.7 1.8 1.95 V
VDDIO I/O 电源输入 1.7 - 3.6 V
TA 工作温度 -40 - 85 °C
表 7.1-3:3.3 V、25°C 直流电气特性
符号 参数 最小值 典型值 最大值 单位
CIN 管脚电容 2.5 3 3.5 pF
VIH 高电平输入电压 0.7×VDD - VDD V
VIL 低电平输入电压 VSS - 0.3×VDD V
IIH 高电平输入电流 - 10 40 nA
IIL 低电平输入电流 - 10 40 nA
VOH 高电平输出电压,高阻负载 0.8×VDD - VDD V
VOL 低电平输出电压,高阻负载 VSS - 0.2×VDD V
IOH 高电平驱动电流 24 30 38 mA
IOL 低电平驱动电流 24 30 38 mA
RPU 内部上拉电阻 7 10 20 kΩ
RPD 内部下拉电阻 7 10 20 kΩ
VIH_nRST 复位释放电压 0.7×VDD - VDD V
VIL_nRST 复位触发电压 VSS - 0.3×VDD V

VDD 为 I/O 电源。VOH 和 VOL 的测量条件为高阻负载。

7.2 功耗

表 7.2-1:3.3 V、发射功率(TX Power)为 0 dBm 时的 BT/BLE 电流
模式 条件 典型电流
BT Sniff 50 ms 间隔 196.0 μA
BT Sniff 1 s 间隔 13.8 μA
BLE ADV 50 ms 间隔 228.7 μA
BLE ADV 1 s 间隔 15.7 μA
BLE Connection 50 ms 间隔 172.8 μA
BLE Connection 1 s 间隔 11.5 μA
Scan Inquiry Scan 或 Page Scan 36.8 μA
Both Scan Inquiry Scan 和 Page Scan 64.0 μA
Standby - 4.6 μA
表 7.2-2:处理器电流
负载 域 频率 电流 单位频率电流
CoreMark HPSYS 240 MHz 9.38 mA 30.92 μA/MHz
CoreMark HPSYS 192 MHz 7.90 mA 30.92 μA/MHz
CoreMark HPSYS 48 MHz 0.92 mA 30.92 μA/MHz
CoreMark LPSYS 24 MHz 0.55 mA 15.13 μA/MHz
WhileLoop HPSYS 240 MHz 7.54 mA 25.75 μA/MHz
WhileLoop HPSYS 192 MHz 6.30 mA 25.75 μA/MHz
WhileLoop HPSYS 48 MHz 0.70 mA 25.75 μA/MHz
WhileLoop LPSYS 24 MHz 0.44 mA 10.63 μA/MHz

7.3 原理图核对表

表 7.3-1:原理图设计核对表
序号 检查点
1 VDD_3V3 输入范围为 2.97–3.6 V,靠近模组管脚放置 4.7 μF 电容。
2 VDD_1V8 输入范围为 1.7–1.95 V,靠近模组管脚放置 4.7 μF 电容。
3 VDDIO 输入范围为 1.7–3.6 V,靠近模组管脚放置 4.7 μF 电容。
4 对于规格书规定接口电平为 3.3 V 的模组 I/O,所连接外设的接口电平必须兼容。
5 若模组已配置内部 Flash,PA06、PA07、PA08、PA09、PA10、PA11 不可外接使用。
6 SDIO 和 MPI3 共用 I/O,不能同时使用。
7 PA50、PA51、PB32、PB35 可在 MCU 睡眠时接收中断。
8 PB32 支持高有效 10 s 长按复位,需要 10 kΩ 下拉电阻。
9 标注 GPADC_CHx 的管脚支持 0–3.3 V 模拟输入。
10 标注 GPTIM 的管脚支持 PWM 输出。
11 TP 等接口需要 ESD 防护器件。
12 LCD RGB 信号线需要串 33–100 Ω 电阻。
13 PA16、PA17 复用为 DBG_UART 时是程序下载和调试接口,需要串 100 Ω 电阻。

7.4 存储、搬运与装配

表 7.4-1:存储、搬运与装配要求
项目 要求
密封防潮袋存储 存储环境不得结露,温度应低于 40°C、相对湿度应低于 90% RH。
潮湿敏感度 MSL 3。
真空袋开封后 应在 25 ± 5°C、60% RH 条件下 168 小时内使用;超过时限则需烘烤后再使用。
HBM ESD ±2000 V。
CDM ESD ±500 V。
回流焊 思澈科技(SiFli)建议模组仅进行一次回流焊。
超声波工艺 避免超声波焊接或清洗;振动可能导致内部晶体失效或性能退化。

图 7.4-1:回流焊温度曲线图

见 DS5602 V0.3 图 9-1。

表 8-1:相关文档和产品
类型 项目
模组规格书 DS5602-SF32LB56-MOD 技术规格书 V0.3
芯片规格书 SF32LB56x 芯片技术规格书
开发板指南 SF32LB56-DevKit-LCD 使用指南
芯片 SF32LB56xV 系列
模组 SF32LB56-MOD
开发板 SF32LB56-DevKit-LCD

9. 附录

9.1. 附录 A. 管脚规划参考

DS5602 V0.3 提供了完整的 89 个管脚定义表和顶视图管脚布局。下表重点列出对原理图风险、启动/调试访问和共享资源规划影响最大的管脚和信号组。

表 9.1-1:关键管脚和信号组
管脚 / 分组 功能 / 约束
管脚 6 PB17 UART4_TXD,默认打印/下载/调试 UART TX。
管脚 7 PB16 UART4_RXD,默认打印/下载/调试 UART RX。
管脚 25 BOOT_MODE 高电平为下载模式,低电平为用户模式。
管脚 26 VDD_3V3 3.3 V 电源,工作范围 2.97–3.6 V。
管脚 27 VDD_1V8 1.8 V 电源,工作范围 1.7–1.95 V。
管脚 29 VDDIO I/O 电源,工作范围 1.7–3.6 V。
管脚 43/44 AU_DACP / AU_DACN 差分 DAC 输出。
管脚 46 MIC_BIAS 麦克风偏置。
管脚 47 MIC_ADC_IN 模拟麦克风 ADC 输入。
管脚 67–72 PA06–PA11 默认连接模组内部 Flash,不可外接使用。
管脚 79 PB13 SWDIO 调试/下载。
管脚 80 PB15 SWCLK 调试/下载。
PA50、PA51、PB32、PB35 支持睡眠中断唤醒。
PA00–PA11 接口电平固定为 3.3 V,与 VDDIO 无关。

10. 修订历史

10.1. 指南修订历史

表 10.1-1:本文修订历史
版本 日期 说明
0.1 2026-07 基于 DS5602-SF32LB56-MOD V0.3 发布 SF32LB56-MOD 模组硬件设计指南初版。

10.2. 源规格书修订历史

表 10.2-1:源规格书修订历史
日期 版本 发布说明
2025-11 0.3 修改了第四章关于音频 ADC 和 DAC 的描述。
2025-02 0.2 修改了模组的管脚等信息。
2025-01 0.1 草稿版。

最后更新: