定制 WisBlock IO 电路板

尽管RAKwireless提供了广泛的WisBlock IO模块选择，但可能还是未找到所需的那一款。在这个简小的教程中，将介绍如何制作自己的WisBlock IO扩展模块。

#请先阅读

• WisBlock产品中使用的板对板连接器可以从RAKwireless商店中购买。连接器有两个供应商：松下(Panasonic)和特思嘉(TXGA)。Base板（RAK5005-O）上是母/插座型，模块上是公/插头型。
  • Panasonic 连接器数据手册
  • TXGA 连接器母型数据手册
  • TXGA 连接器公型数据手册

• 零件库中提供了除Eagle以外的用于其他PCB设计工具的原理图和PCB零件库。
• 仔细阅读RAK5005-O WisBlock Base的数据手册，了解连接到4个传感器插槽的信号。
• 仔细阅读其中一个现有的WisBlock IO模块的数据手册，了解信号的应用。如RAK1920 IO 扩展。

#模板方案

为了简化任务，我们为Autodesk Eagle™准备了一个完整的示例项目，可在此处下载。该项目具备启动定制WisBlock IO模块所需要的一切。包含用在WisBlock IO模块上的板对板连接器和预定义的PCB模型，将原始WisBlock IO模块与孔匹配，以便将模块固定到WisBlock Base。

#模板原理图

模板原理图非常简单。仅包含连接器和引脚分配的解释。连接器的所有38个引脚都分配给信号。2个引脚未使用。

#关于引脚分配的重要信息

以下事项需要了解：

• VDD是MCU GPIO电压，对于RAK4631此值为3.3V。只要WisBlock是通过电池或者USB供电，就可使用。
• 3V3是一个3.3V电源，只要WisBlock是通过电池或者USB供电，就可使用。
• 3V3_S是一个3.3V电源，可由WisBlock Core模块控制。
• VBUS是来自USB连接器的5 V电压。此电源仅当WisBlock通过USB供电时才可用。
• USB+和USB-是来自WisBlock Core模块的USB连接器。这些信号可能不适用于所有WisBlock Core模块。
• I2C2_SDA和I2C2_SCL并非在所有WisBlock Core模块上都可用。
• TXD1和RXD1并非在所有WisBlock Core模块上都可用。

如果IO模块仅消耗少量uA的电流，可以选择VDD或3V3为IO模块的电子器件供电。但是，如果模块消耗较高的电流，强烈建议使用3V3_S作为电源。这样，可通过软件优化WisBlock应用的功耗。

#模板 PCB

模板PCB与标准WisBlock传感器模块的尺寸相匹配。请勿移动连接器（底部组件）或者WisBlock Base上固定模块的安装孔。

正如您所看到的，Autodesk Eagle™在较大安装整体周边会上报很多DRC尺寸错误。安装孔及其铜印（连接到GND信号）必须机械地位于PCB边缘。Autodesk Eagle™ 仅允许一条与PCB边缘距离有关的设计规则，因此存在DRC检查错误。

如果定制的IO模块不需要整个宽度（35 mm），可以减少宽度并跳过右侧两个较大的固定孔。但是需要确保宽度至少覆盖左侧的3个较小固定孔。

#关于PCB设计的重要信息

• 如上所说，请勿将连接器和安装孔移动到其他位置。如果移动它们，自制的WisBlock IO将无法插入到WisBlock Base模块。
• 由于板对板连接器的位置靠近PCB边缘，可能必须更改设计规格，使用4mil连接，铜印与0.2mm通孔直径之间的距离4mil。这将取决于您的设计是否适用于默认的Autodesk Eagle™设计规则，但大多数情况下，连接到连接器焊盘的电线将无法布线。
• 建议在顶层和底层安装GND平面。
• 不要将组件放置在底层，因为传感器模块和Base板之间的空间仅为1~2 mm。

#IO 扩展示例

本示例选择的是非常常见的芯片， PCF8574 GPIO 扩展芯片。此芯片通过I2C控制，可将GPIO总数扩展为8个双向GPIO。

#IO 扩展示例原理

以下为IO 扩展原理图。

首先要检查的是，我们删除了板对板连接器上的大多数连接。

仅留下所需的连接网。

对于IO扩展芯片，我们仅需要电源网络、I2C网络和1条IRQ线。有关IO扩展的设计可从PCF8574 GPIO 扩展数据手册中获取。

#IO 扩展示例 PCB

可以在一块两层电路板上完成整个设计。连接很简单，可使用 Autodesk Eagle™自动布线功能完成。

正如看到的那样，建议将GND平面安装在顶部和底部。此外，安装孔周围的开放铜区域是可见，此铜区域连接到GND信号。

#IO 扩展顶层

#IO 扩展底层

IO扩展示例PCB的Eagle文件可在此处下载。

#结论

正如所看到的那样，设计一款定制的WisBlock IO模块并不困难。只需要遵循PCB设计的几个设计规则：

• 请勿移动模板PCB所给定的板对板连接器位置。
• 请勿移动模板PCB所给定的安装孔位置。
• 为传感器选择正确的电源：
  • 如果电流消耗非常低，选择VDD或3V3
  • 如果需要控制WisBlock传感器模块的电源，选择3V3_S
• 不要将组件放置在底层。传感器模块和Base板之间的空间仅1~2 mm

希望此教程能够对您有所帮助。如果您已成功设计出自己的WisBlock IO模块，欢迎在我们的论坛 WisBlock部分分享细节。感谢您阅读本教程并通过使用我们的WisBlock产品支持RAKwireless。

RAKwireless在此开源代码上投入了大量的时间和资源，感谢您支持RAKwireless。如需RAKwireless开源硬件，可从RAKwireless商店购买产品。

有关RAKwireless产品的支持和问题，请访问我们的论坛
有关示例和快速入门教程，请访问我们的Github库
有关RAK产品更多的信息，请访问我们的文档中心和知识库
购买WisBlock模块，请访问我们的线上商店