【ESP32】【硬件设计】

1. ESP32 芯片分类：

ESP32 目前有 6 种：

订购型号	内核	嵌入式 flash	通信模式	封装	工作温度
ESP32-D0WD-V3	双核	无嵌入式 flash	Wi-Fib/g/n + BT/BLE 双模	QFN 5*5	–40 °C ~ 125 °C
ESP32-D0WDQ6-V3	双核	无嵌入式 flash	Wi-Fib/g/n + BT/BLE 双模	QFN 6*6	–40 °C ~ 125 °C
ESP32-D0WD	双核	无嵌入式 flash	Wi-Fib/g/n + BT/BLE 双模	QFN 5*5	–40 °C ~ 125 °C
ESP32-D0WDQ6	双核	无嵌入式 flash	Wi-Fib/g/n + BT/BLE 双模	QFN 6*6	–40 °C ~ 125 °C
ESP32-D2WD	双核	16Mbit 嵌入式 flash(40MHz)	Wi-Fib/g/n + BT/BLE 双模	QFN 5*5	–40 °C ~ 105 °C
ESP32-S0WD	单核	无嵌入式 flash	Wi-Fib/g/n + BT/BLE 双模	QFN 5*5	–40 °C ~ 125 °C

V3 为最近乐鑫对旗下 ESP32 系列产品的晶圆级改进（ECO V3），主要变化如下：

• 修复 PSRAM Cache 问题： 修复了“CPU 以特定顺序访问外部 SRAM 时读写异常” 的问题
• 修复 “双核 CPU 在读不同地址空间时可能发生读错误” 的问题
• 针对客户 “ECO V1 硬件配置下， 32.768KHz 晶振小概率无法正常启动”的问题，优化外部 32.768KHz 晶振的稳定性
• 修复有关 “安全启动” 和 “闪存加密” 的故障注入问题
• 优化：CAN 模块支持的最低带宽从 25KHz 放宽至 12.5KHz

2. 管脚功能

ESP32管脚配置非常灵活，截图自 Datasheet 如下：

但仍然有几个比较特殊的功能需要特定的管脚，如下：

• ESP32-D2WD 中的内置 flash 端口与芯片管脚对应关系是：CS# = GPIO16，IO1/DO = GPIO17，IO3/HOLD# = SD_CMD，CLK = SD_CLK，IO2/WP# = SD_DATA_0，IO0/DI = SD_DATA_1。芯片的这几个管脚不建议用于其他功能
• 除 ESP32-D2WD 的其他 ESP32 芯片和外接 flash 的数据端口连接关系是：SD_DATA0/SPIQ = IO1/DO，SD_DATA1/SPID = IO0/DI，SD_DATA2/SPIHD = IO3/HOLD#，SD_DATA3/SPIWP = IO2/WP#

• GPI34 ~ GPI39 只能作为输入功能；

• 初始化 SARADC1 或 SARADC2 或霍尔传感器的时候，会在 GPI36、GPI39 PAD 的内部产生一个持续约 80 ns 的输入毛刺，故GPI36、GPI39 不推荐用于中断

• 推荐使用 ADC1，建议靠近 ADC 功能管脚添加 0.1uF 电容；

• 2*8 bit DAC，只能分配到： GPIO25 和 GPIO26

• 数字输出管脚驱动强度有四挡可配置：

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

2.1 VDD_SDIO：

• VDD_SDIO 最大输出电流为 40mA。
• VDD_SDIO 为 1.8V 输出时，电压范围在 1.65V ~ 2.0V，需靠近其管脚添加 2K//4.7uF 电路。
• VDD_SDIO 为 3.3V 输出时，其由 VDD3P3_RTC 经过 6R 电阻供电，故电压略低于 VDD3P3_RTC。需靠近其管脚添加 1uF 电容。

2.2 VDD3P3（Pin3&Pin4）：

• 添加 LC 滤波电路，L 额定电流需在 500mA 及以上

2.3 射频 RF：

• ESP32(6x6) 和 (5x5) RF 管脚输出阻抗分别为 30+j10 和 35+j10，设计时需添加 π 型匹配网络，推荐 CLC 结构；
• RF trace 需做 50R 阻抗管控；

2.4 UART：

• 靠近 U0TXD 串联 499R 电阻用于抑制 80MHz 谐波；

3. 硬件设计

3.1 上电、复位时序：

• VDD3P3_RTC Min： 2.3V
• VIL_nRST： 0.6V(max)
• t0： CHIP_PU 管脚上电晚于系统电源 3.3V 上电的延时时间，最小值为 50us
• t1： CHIP_PU 电平低于 VIL_nRST 的时间， 最小值为 50us

3.2 Strapping 管脚：

CHIP_PU 与 strapping 管脚的建立和保持时间关系：

• VIH： 高电平输入电压， 0.75xVDDIO(I/O 供电电源) < VIH < VDDIO+0.3
• t0： CHIP_PU 上电前的建立时间，最小值 0ms
• t1： CHIP_PU 上电后的保持时间， 最小值 1ms

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

内置 LDO（VDD_SDIO）电压：

管脚	默认	3.3V	1.8V
GPIO12	下拉	0	1

系统启动模式：

管脚	默认	SPI启动模式	下载启动模式
GPIO0	上拉	1	0
GPIO2	下拉	无关项	0

系统启动过程中，控制 U0TXD 打印：

管脚	默认	U0TXD 正常打印	U0TXD 上电不打印
GPIO15	上拉	1	0

SDIO 从机信号输入输出时序：

管脚	默认	下降沿采样，下降沿输出	下降沿采样，上升沿输出	上升沿采样，下降沿输出	上升沿采样，上升沿输出
GPIO15	上拉	0	0	1	1
GPIO5	上拉	0	1	0	1

• “VDD_SDIO” 和 “SDIO 从机信号输入输出时序” 可在上电后，通过寄存器修改其配置
• ESP32-D2WD 内置 flash 工作电压为 1.8V，上电时需将 GPIO12 拉高，即外部需要添加上拉电阻（推荐 10K）

4. 设计注意事项：

4.1 避免将 ESP 的 strapping pins 与外设的输出管脚（即，对 ESP 为输入）连接：外设的输出管脚可能在上电时拉住 ESP strapping pins 的状态，影响上电逻辑。

参考资料：

1. ESP32 硬件设计指南 。