Volt Hound V2.0: 2026-08-06 定稿 - 方案/拓扑/双网表/3D渲染图,审查闭环

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# Volt Hound V2.0电池检测仪 V2.0 拓扑连接图
> 版本:V2.0 | 日期:2026-08-03
> 板名:Volt Hound V2.0
> 全元器件及网络映射,按6模组分组,用于原理图绘制和网表验证
> V1.x→V2.0核心变化:U1从ESP32-C3FH4(QFN-32)换为ESP32-S3FH4R2(QFN-56, C3013940);屏幕从SH1106 OLED(I2C)换为ST7789VW TFT(SPI 240×320)新增J5-8P+Q2背光MOS
> 芯片引脚表依据:知识库/ESP32-S3/ESP32-S3FH4R2速查卡_V1.0.md(官网Datasheet v2.2母本)
> 屏幕连接依据:知识库/ST7789VW/ST7789VW屏幕速查卡_V1.0.md
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## 电源模组
> Type-C供电链路:VBUS 接 D3(SS34) 接 VIN 接 ME6211 接 3V3
### U2: ME6211A33PG-N (SOT-89, C236673)
| 引脚 | 编号 | 网络 | 备注 |
|------|------|------|------|
| VSS | Pin1 | GND | |
| VIN | Pin2 | VIN | D3阴极,C5(10µF)紧贴Pin2到GND |
| VOUT | Pin3 | 3V3 | C4(100µF固态)紧贴到GND |
> A系列CE内置上拉电阻开,无需外部CE引脚,上电输出3.3V
> SOT-89散热优于SOT-23-5Pin1(GND)和Pin3(VOUT)加大焊盘散热
### D3: SS34 (SMA, C8678) - 防反接
| 引脚 | 网络 | 备注 |
|------|------|------|
| 阳极 | VBUS | Type-C 5V输入 |
| 阴极 | VIN | 压降约0.2V |
### 电源模组阻容
| 位号 | 值 | Pin1 | Pin2 | 用途 |
|------|------|------|------|------|
| C4 | 100µF/6.3V固态 | 3V3 | GND | 3V3 bulk储能(C46550465 SMD-D6.3×L6) |
| C5 | 10µF/25V | VIN | GND | ME6211 VIN紧贴(C15850 0805) |
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## 充电模组
> TP4056线性充电:VBUS接VCCBAT接VBATPROG设500mA,双LED指示
### U4: TP4056-42-ESOP8 (ESOP-8, C16581)
| 引脚 | 编号 | 网络 | 备注 |
|------|------|------|------|
| TEMP | Pin1 | GND | 不用NTC温度检测,直接接地 |
| PROG | Pin2 | R22到GND | R22=2.4kΩ设Ich=500mA |
| GND | Pin3 | GND | |
| VCC | Pin4 | VBUS | 直连VBUS(不经D3) |
| BAT | Pin5 | VBAT | 接电池正极 |
| STDBY | Pin6 | D7阴极+GPIO18 | 开漏输出,充满拉低,D7(白LED)亮,分支到U1-Pin24(GPIO18) |
| CHRG | Pin7 | D6阴极+GPIO17 | 开漏输出,充电中拉低,D6(红LED)亮,分支到U1-Pin23(GPIO17) |
| CE | Pin8 | VBUS | 接VBUS常使能(有VBUS才充电) |
| EP | Pin9 | GND | 散热焊盘,4个过孔到GND平面 |
> Ich = 1200/Rprog = 1200/2.4k = 500mA
> 充电中:D6红亮+D7灯灭,GPIO17=LOW;充满:D6灯灭+D7白亮,GPIO18=LOW;无电源:D6灯灭+D7灯灭,GPIO17/18均HIGH
> VCC直连VBUS不经D3TP4056输入需5VD3压降后VIN≈4.7V不够
### 充电模组阻容
| 位号 | 值 | Pin1 | Pin2 | 用途 |
|------|------|------|------|------|
| R22 | 2.4kΩ | PROG | GND | 充电电流设定:Ich=1200/2.4k=500mA(C22940 0603) |
| R23 | 470Ω | 3V3 | D6阳极 | CHRG红LED限流(C23179 0603) |
| R24 | 470Ω | 3V3 | D7阳极 | STDBY白LED限流(C23179 0603) |
| R29 | 2Ω | VBUS | VCCDMP | C7阻尼网络(C22977 0603) |
| D6 | LED红0603 | D6阳极(R23) | CHRG(Pin7) | 充电指示灯(C2286 基础库) |
| D7 | LED白0603 | D7阳极(R24) | STDBY(Pin6) | 充满指示灯(C2290 基础库) |
| C7 | 10µF/10V | VCCDMP | GND | TP4056 VCC去耦,紧贴Pin4(C19702 0603),经R29接VBUS |
| C10 | 10µF/10V | VBAT | GND | TP4056 BAT去耦,紧贴Pin5(C19702 0603) |
---
## 保护模组
> DW01A+8205A锂电保护:过充/过放/过流三重保护,负极侧切断
### U5: DW01A (SOT-23-6, C2927799, YONGYUTAI)
| 引脚 | 编号 | 网络 | 备注 |
|------|------|------|------|
| OD | Pin1 | U6 Pin6(G1) | 放电控制,过放时拉低G1关断8205A放电MOS |
| CS | Pin2 | R26→U6 Pin1(S1) | 电流检测,R26=1kΩ限流 |
| OC | Pin3 | U6 Pin4(G2) | 充电控制,过充时拉低G2关断8205A充电MOS |
| TD | Pin4 | NC | 延时设置,悬空用默认 |
| VDD | Pin5 | R25→VBAT | 供电,R25=470Ω限流滤波 |
| VSS | Pin6 | BATN | 接电池负极(保护内侧) |
### U6: 8205A (SOT-23-6, C2762931, JSMSEMI杰盛微)
| 引脚 | 编号 | 网络 | 备注 |
|------|------|------|------|
| S1 | Pin1 | R26 | 电流检测端,接DW01A CS |
| D1 | Pin2 | BATN | 漏极接电池负极(保护内侧) |
| S2 | Pin3 | GND | 源极接系统地(保护外侧) |
| G2 | Pin4 | U5 Pin3(OC) | 充电控制栅极 |
| NC | Pin5 | NC | 内部与D1连通,外部不接 |
| G1 | Pin6 | U5 Pin1(OD) | 放电控制栅极 |
### 保护模组阻容
| 位号 | 值 | Pin1 | Pin2 | 用途 |
|------|------|------|------|------|
| R25 | 470Ω | U5 VDD | VBAT | DW01A供电限流滤波(C23179 0603) |
| R26 | 1kΩ | U5 CS | U6 S1 | 电流检测限流(C21190 0603) |
| C12 | 100nF | U5 VDD | U5 VSS | DW01A VDD去耦,跨接Pin5-Pin6(C14663 0603) |
> 保护在负极侧:VBAT正极直通系统,BATN经8205A到GND
> 正常:8205A双MOS导通,BATN→GND通路
> 过放:DW01A OD拉低→G1关断放电MOS,负载断电
> 过充:DW01A OC拉低→G2关断充电MOS,充电中断
---
## 控制模组
> ESP32-S3FH4R2裸片(QFN-56)+外挂40MHz晶振+VDDA LC滤波+Strapping配置+复位/下载按键+TFT SPI
> V2.0核心变更:C3FH4→S3FH4R2Strapping=GPIO0/3/45/46;屏幕SPI GPIO11~16
### U1: ESP32-S3FH4R2 (QFN-56 7×7mm, C3013940)
| 引脚 | Pin# | 网络 | 备注 |
|------|------|------|------|
| LNA_IN | 1 | NC | 不用WiFi,悬空 |
| VDD3P3 | 2 | 3V3 | 去耦C1(100nF)紧贴 |
| VDD3P3 | 3 | 3V3 | 去耦C2(1µF)紧贴 |
| CHIP_PU | 4 | RESET | R3(10kΩ)上拉3V3+RESET键接GND+C3(1µF)去抖 |
| GPIO0 | 5 | BOOT | **Strapping:启动模式**R33(10kΩ)上拉3V3+BOOT键接GND |
| GPIO1 | 6 | SDA | I2C数据,R1(4.7kΩ)上拉3V3,接U3-4 |
| GPIO2 | 7 | SCL | I2C时钟,R2(4.7kΩ)上拉3V3,接U3-5。**V2.0从GPIO3迁来** |
| GPIO3 | 8 | NC | **Strapping:JTAG源选择,必须悬空**(原SCL迁至GPIO2 |
| GPIO4 | 9 | MOSGATE | R17(1kΩ)接Q1栅极,R18(10kΩ)下拉GND |
| GPIO5 | 10 | NC | (CHRG已迁至GPIO17) |
| GPIO6 | 11 | NC | (STDBY已迁至GPIO18) |
| GPIO17 | 23 | CHRG | U4-7开漏,INPUT+内部上拉,LOW=充电中。从GPIO5迁来 |
| GPIO18 | 24 | STDBY | U4-6开漏,INPUT+内部上拉,LOW=充满。从GPIO6迁来 |
| GPIO7 | 12 | NC | (D1已迁至GPIO33) |
| GPIO8 | 13 | NC | S3非StrappingC3上拉R6已删) |
| GPIO9 | 14 | NC | S3非StrappingC3 BOOT键R7已删) |
| GPIO10 | 15 | VBAT ADC | R4(10k上臂VBAT)+R31(10k下臂GND)+C13(100nF)。**V2.0从GPIO0迁来** |
| GPIO11 | 16 | TFT_BL | LEDC PWM→R34→Q2栅极→J5-8(BL) |
| GPIO12 | 17 | TFTCS | SPI片选→J5-7(CS) |
| GPIO13 | 18 | TFTDC | SPI数据/命令→J5-6(A0) |
| GPIO14 | 19 | TFRST | 屏幕复位→J5-5(RESET) |
| VDD3P3_RTC | 20 | 3V3 | 去耦C18(1µF)紧贴 |
| GPIO15 | 21 | TFTSDI | SPI数据(MOSI)→J5-4(SDI) |
| GPIO16 | 22 | TFTSCLK | SPI时钟→J5-3 |
| GPIO17 | 23 | CHRG | U4-7开漏,INPUT+内部上拉。从GPIO5迁来 |
| GPIO18 | 24 | STDBY | U4-6开漏,INPUT+内部上拉。从GPIO6迁来 |
| GPIO19 | 25 | USB D- | R8(22Ω)串联。**V2.0从GPIO18迁来** |
| GPIO20 | 26 | USB D+ | R9(22Ω)串联。**V2.0从GPIO19迁来** |
| GPIO21 | 27 | NC | 通用预留 |
| SPICS1 | 28 | NC | 内封PSRAM占用(GPIO26),不可用 |
| VDD_SPI | 29 | 3V3 | 内封存储电源,去耦C20(1µF)紧贴 |
| SPIHD | 30 | NC | 内封存储占用(GPIO27) |
| SPIWP | 31 | NC | 内封存储占用(GPIO28) |
| SPICS0 | 32 | NC | 内封存储占用(GPIO29) |
| SPICLK | 33 | NC | 内封存储占用(GPIO30) |
| SPIQ | 34 | NC | 内封存储占用(GPIO31) |
| SPID | 35 | NC | 内封存储占用(GPIO32) |
| SPICLK_N | 36 | NC | GPIO47Quad模式可用,预留 |
| SPICLK_P | 37 | NC | GPIO48Quad模式可用,预留 |
| GPIO33 | 38 | 调试LED | D1(R5=220Ω) |
| GPIO34 | 39 | NC | 同上 |
| GPIO35 | 40 | NC | 同上 |
| GPIO36 | 41 | NC | 同上 |
| GPIO37 | 42 | NC | 同上 |
| GPIO38 | 43 | NC | 通用 |
| MTCK | 44 | NC | GPIO39 JTAGUSB JTAG可代替 |
| MTDO | 45 | NC | GPIO40 JTAG |
| VDD3P3_CPU | 46 | 3V3 | 去耦C19(100nF)紧贴 |
| MTDI | 47 | NC | GPIO41 JTAG |
| MTMS | 48 | NC | GPIO42 JTAG |
| U0TXD | 49 | U0TXD | GPIO43H1-3。**V2.0从GPIO21迁来** |
| U0RXD | 50 | U0RXD | GPIO44H1-4。**V2.0从GPIO20迁来** |
| GPIO45 | 51 | NC | **Strapping:VDD_SPI电压(内部弱下拉=0→3.3V)**,不加拉 |
| GPIO46 | 52 | NC | **Strapping:启动模式/ROM打印(内部弱下拉=0)**,不加拉 |
| XTAL_N | 53 | Y1 Pin3+C16 | 外挂40MHz晶振输出端 |
| XTAL_P | 54 | L1→Y1 Pin1+C17 | 外挂40MHz晶振输入端,必须串24nH电感 |
| VDDA | 55 | VDDA | L2磁珠输出,C14+C15去耦 |
| VDDA | 56 | VDDA | 同上 |
| GND(EP) | 57 | GND | 底部焊盘,≥9个0.3mm过孔 |
> QFN-56裸片,5组电源脚需外部去耦(VDD3P3×2+VDD3P3_RTC+VDD_SPI+VDD3P3_CPU+VDDA×2)
> GPIO26~32(Pin28~35)被内封Flash/PSRAM占用,外部禁止连接
> GPIO3(Pin8)/GPIO45(Pin51)/GPIO46(Pin52)为StrappingGPIO3必须悬空,45/46不加拉
> GPIO0(Pin5)为Strapping启动模式,10kΩ上拉+BOOT键
> LNA_IN(Pin1)不用WiFi必须NC
> VDDA需L2磁珠+C14/C15 LC滤波
> 晶振输入必须串L1(24nH),这是乐鑫Datasheet强制要求
### Y1: TAXM40M4ZHBCDT2 (SMD2016-4P, C424432) - 40MHz晶振
| 引脚 | 网络 | 备注 |
|------|------|------|
| Pin1 | L1-2+C17-1 | 晶振输入侧(经L1接U1-Pin54) |
| Pin2 | GND | |
| Pin3 | U1-Pin53+C16-1 | 晶振输出端 |
| Pin4 | GND | |
> CL=15pF,匹配电容C16/C17各22pF
> XTAL_P必须串L1(24nH)到U1-Pin54,这是乐鑫强制要求
### L1: LQW15AN24NG00D (0402, C167472) - 24nH晶振串联电感
| 引脚 | 网络 | 备注 |
|------|------|------|
| Pin1 | U1-Pin54(XTAL_P) | 芯片侧 |
| Pin2 | Y1-Pin1+C17-1 | 晶振侧 |
### L2: BLM18PG121SN1D (0603, C14709) - VDDA磁珠
| 引脚 | 网络 | 备注 |
|------|------|------|
| Pin1 | VDDA | U1-Pin55/56+C14+C15 |
| Pin2 | 3V3 | 输入侧 |
> 120Ω@100MHzDCR 50mΩ,额定2A
### 控制模组阻容
| 位号 | 值 | Pin1 | Pin2 | 用途 |
|------|------|------|------|------|
| C1 | 100nF | 3V3 | GND | VDD3P3去耦紧贴U1 Pin2(C1525 0402) |
| C2 | 1µF | 3V3 | GND | VDD3P3去耦紧贴U1 Pin3(C52923 0402) |
| C3 | 1µF | GND | RESET | CHIP_PU去抖,紧贴U1 Pin4(C52923 0402) |
| C11 | 10µF/10V | 3V3 | GND | 3V3 bulk去耦(C19702 0603) |
| C13 | 100nF | GND | GPIO10 | VBAT ADC采样稳压电容(C1525 0402) |
| C14 | 100nF | VDDA | GND | VDDA高频去耦(C1525 0402) |
| C15 | 10µF/10V | VDDA | GND | VDDA bulk(C19702 0603) |
| C16 | 22pF | XTAL_N | GND | 晶振匹配电容1C0G 50V(C1653 0603) |
| C17 | 22pF | XTAL_P侧 | GND | 晶振匹配电容2C0G 50V(C1653 0603) |
| C18 | 1µF | 3V3 | GND | VDD3P3_RTC去耦紧贴U1 Pin20(C52923 0402) |
| C19 | 100nF | 3V3 | GND | VDD3P3_CPU去耦紧贴U1 Pin46(C1525 0402) |
| C20 | 1µF | 3V3 | GND | VDD_SPI去耦紧贴U1 Pin29(C52923 0402) |
| R1 | 4.7kΩ | 3V3 | SDA | I2C SDA上拉(C25900 0402) |
| R2 | 4.7kΩ | 3V3 | SCL | I2C SCL上拉(C25900 0402) |
| R3 | 10kΩ | 3V3 | RESET | CHIP_PU上拉(C25744 0402) |
| R4 | 100kΩ | VBAT | GPIO10 | GPIO10分压上臂(VBAT ADC采样)(C25741 0402) |
| R31 | 100kΩ | GND | GPIO10 | GPIO10分压下臂(VBAT ADC采样)(C25741 0402) |
| R5 | 220Ω | GPIO33 | D1阳极 | 调试LED限流(C25091 0402) |
| R8 | 22Ω | USBD- | GPIO19 | USB D-串联(C25092 0402) |
| R9 | 22Ω | USBD+ | GPIO20 | USB D+串联(C25092 0402) |
| R17 | 1kΩ | MOSGATE | Q1栅极 | GPIO4接Q1栅极串联(C21190 0603) |
| R18 | 10kΩ | Q1栅极 | GND | Q1栅极下拉(C17414 0805) |
| R19 | 220Ω | 3V3 | D2阳极 | 电源LED限流(C25091 0402) |
| R33 | 10kΩ | 3V3 | GPIO0 | **V2.0新增**GPIO0 Strapping上拉(替代C3 R7S3 BOOT)(C25744 0402) |
> V2.0相比V1.x控制模组变化:
> - U1换S3FH4R2(QFN-56, C3013940),引脚号全部变化
> - 删R6(GPIO8上拉)/R7(GPIO9上拉)/R27(GPIO2上拉)——S3无这些Strapping
> - 新增R33(GPIO0 Strapping上拉+BOOT键)
> - SCL: GPIO3→GPIO2VBAT ADC: GPIO0→GPIO10BOOT: GPIO9→GPIO0
> - USB: GPIO18/19→GPIO19/20UART0: GPIO20/21→GPIO44/43
> - 屏幕SPI新增GPIO11/12/13/14/15/16(详见显示模组)
### RESET按键 / BOOT按键
| 位号 | Pin1 | Pin2 |
|------|------|------|
| RESET | RESET | GND |
| BOOT | BOOT(GPIO0) | GND |
---
## 显示模组(V2.0新增,替代原OLED)
> GMT032-03 3.2寸TFTST7789VW驱动,240×320SPI 4线,8P XH 2.5mm座子
> 原J5(OLED 4P I2C)整体替换;详细规格见知识库/ST7789VW/ST7789VW屏幕速查卡_V1.0.md
### J5: TFT屏幕 8P座子 (GMT032-03带座子)
| Pin | 网络 | 备注 |
|-----|------|------|
| 1 | GND | |
| 2 | VCC | 3V3 + C6(100nF)去耦 |
| 3 | SCL(模组PIN名) | TFTSCLK(SPI时钟) ← GPIO16 |
| 4 | SDI(模组PIN名) | TFTSDI(SPI数据) ← GPIO15 |
| 5 | RESET | TFRST ← GPIO14 |
| 6 | A0 | TFTDC ← GPIO13 |
| 7 | CS | TFTCS ← GPIO12 |
| 8 | BL | Q2漏极(背光低侧开关) ← TFT_BL(GPIO11)经R34/Q2 |
> ✅ 引脚顺序已与模组实物8P座子核对:1=GND, 2=VCC, 3=SCL, 4=SDI, 5=RESET, 6=A0, 7=CS, 8=BL(原理图库文件顺序GND/RST/SCL/DC/CS/SDA/SDO/VCC不同,勿照抄库文件)
> VCC=3.3V直接供电(VDD+VDDI合一)IO电平3.3V与S3兼容
### Q2: AO3400A (SOT-23, C20917) - 背光低侧开关(V2.0新增)
| 引脚 | 网络 | 备注 |
|------|------|------|
| G(Pin1) | Q2栅极 | R34(1kΩ)接GPIO11(TFT_BL)R35(10kΩ)下拉GND |
| S(Pin2) | GND | |
| D(Pin3) | J5-8(BL) | 背光回路,6颗LED并联90mA |
> 背光If=90mA > IO上限40mA,禁止GPIO直驱
> GPIO11输出LEDC PWM(8bit)调光,默认50%亮度+空闲熄屏
### 显示模组阻容
| 位号 | 值 | Pin1 | Pin2 | 用途 |
|------|------|------|------|------|
| R34 | 1kΩ | TFT_BL(GPIO11) | Q2栅极 | 背光MOS栅极串联(C21190 0603) |
| R35 | 10kΩ | Q2栅极 | GND | 背光MOS栅极下拉(C17414 0805) |
| C6 | 100nF | 3V3 | GND | J5屏幕VCC去耦(C1525 0402,原OLED去耦改用途) |
---
## 检测模组
> 电流采样+放电开关+反接保护,INA226四线开尔文采样+AO3400A低侧开关
> 四线开尔文:VSENSE拆FORCEP/SENSEPSENSEN局部岛+FORCEN
### U3: INA226AIDGSR (MSOP-10, C49851)
| 引脚 | 编号 | 网络 | 备注 |
|------|------|------|------|
| A1 | Pin1 | GND | I2C地址选择 |
| A0 | Pin2 | GND | I2C地址=0x40 |
| Alert | Pin3 | NC | 悬空 |
| SDA | Pin4 | SDA | GPIO1R1(4.7kΩ)上拉3V3 |
| SCL | Pin5 | SCL | GPIO2R2(4.7kΩ)上拉3V3 |
| VS | Pin6 | 3V3 | 供电 |
| GND | Pin7 | SENSEN | ← 四线开尔文!接SENSEN局部岛,经R10(0Ω)到系统GND |
| VBUS | Pin8 | VBUS采样 | R20接SENSEP + D5钳位 + C9滤波 |
| IN- | Pin9 | R8LOW | R21低端+Q1漏极,开尔文采样 |
| IN+ | Pin10 | SHUNT | R15/R16汇合点,开尔文采样 |
> 开尔文四线:Pin9/Pin10采样线必须紧贴R21本体焊盘引出
> Pin7(GND)接SENSEN局部岛→R10(0Ω)→系统GNDPin8(VBUS)经R20接SENSEP
### Q1: AO3400A (SOT-23, C20917) - 放电开关
| 引脚 | 网络 | 备注 |
|------|------|------|
| G(Pin1) | Q1栅极 | R17(1kΩ)接GPIO4R18(10kΩ)下拉GND |
| S(Pin2) | GND | 低侧开关,源极接地 |
| D(Pin3) | R8LOW | R21低端+INA226 IN-(Kelvin) |
> 低侧开关VGS稳压3.0V不受电池电压影响
> 放电165mAAO3400A(5.7A)余量34倍
### D4: SS34 (SMA, C8678) - 反接保护钳位
| 引脚 | 网络 | 备注 |
|------|------|------|
| 阳极 | FORCEN | J3 Pin4,放电回流+反接保护回路 |
| 阴极 | FORCEP | R13/R14限流后接FORCEP(不碰SENSEP |
### D5: 1N5819WS (SOD-323, C191023) - VBUS钳位
| 引脚 | 网络 | 备注 |
|------|------|------|
| 阳极 | SENSEN | 负压钳位,接SENSEN局部岛 |
| 阴极 | VBUS采样 | 防止VBUS采样负压损坏INA226 |
### 检测模组阻容
| 位号 | 值 | Pin1 | Pin2 | 用途 |
|------|------|------|------|------|
| R13 | 20Ω | D4阴极 | FORCEP | 反接保护限流(并联)(C3013392 1210 750mW) |
| R14 | 20Ω | D4阴极 | FORCEP | 反接保护限流(并联)(C3013392 1210 750mW) |
| R15 | 20Ω | FORCEP | SHUNT | 电流采样限流(并联)(C3013392 1210 750mW) |
| R16 | 20Ω | FORCEP | SHUNT | 电流采样限流(并联)(C3013392 1210 750mW) |
| R20 | 1kΩ | SENSEP | VBUS采样 | INA226 VBUS采样限流(C17513 0805) |
| R21 | 100mΩ | R8LOW | SHUNT | 分流采样(C840616 2512 Bourns合金) |
| R10 | 0Ω | SENSEN | GND | SENSEN局部岛到系统GND单点连接(C17477 0805) |
| R30 | 0Ω | FORCEN | GND | FORCEN到系统GND单点连接(C17477 0805) |
| F1 | 500mA/13.2V | J3-1 | FORCEP | 自恢复保险丝,反接过流保护(C47753345 1210) |
| C8 | 100nF | 3V3 | SENSEN | INA226 VS去耦,接SENSEN局部岛(C14663 0603) |
| C9 | 100nF | VBUS采样 | SENSEN | VBUS滤波,接SENSEN局部岛(C49678 0805) |
> SENSEN局部岛:U3 Pin7 + C8 Pin2 + C9 Pin2 + D5阳极 + R10 Pin1 汇集,顶层禁止铺铜区隔离
> R13//R14=10Ω:D4反接保护限流;R15//R16=10Ω:电流采样限流
---
## 连接器
### J1: USB Type-C 16P母座 (C2765186)
| Pin | 网络 | 备注 |
|-----|------|------|
| A4/B9/B4/A9 | VBUS | 5V输入 |
| A6/B6 | USBD+ | USB D+ |
| A7/B7 | USBD- | USB D- |
| A5 | CC1 | R12(5.1kΩ)下拉GND |
| B5 | CC2 | R11(5.1kΩ)下拉GND |
| A1/B12/B1/A12 | GND | |
### J1阻容
| 位号 | 值 | Pin1 | Pin2 | 用途 |
|------|------|------|------|------|
| R11 | 5.1kΩ | CC2(B5) | GND | CC2下拉(C23186 0603) |
| R12 | 5.1kΩ | CC1(A5) | GND | CC1下拉(C23186 0603) |
### J2: 电源开关 (XH 2P, C158012)
| Pin | 网络 | 备注 |
|-----|------|------|
| 1 | VBAT | 电池正极 |
| 2 | D8阳极 | 经D8(1N5819WS)防倒灌到VIN |
### J3: 被测电池 (XH 4P, C144395) — 四线开尔文
| Pin | 网络 | 备注 |
|-----|------|------|
| 1 | FORCEP_IN | 电池正极Force入口,经F1(PTC自恢复保险丝)到FORCEP |
| 2 | SENSEP | 电池正极Sense(电压检测,零电流) |
| 3 | SENSEN | 电池负极Sense(电压检测参考,零电流) |
| 4 | FORCEN | 电池负极Force(放电回路,经R30→GND |
> 四线开尔文:J3接3D打印AA电池座,4×pogo pin分别接触电池极柱
> 走线规则:FORCEP/FORCEN≥0.38mm(载流)SENSEP/SENSEN 0.15~0.20mm(高阻检测,各自走线,远离Force线)
### J4: 锂电池 (XH 2P, C158012)
| Pin | 网络 | 备注 |
|-----|------|------|
| 1 | VBAT | 电池正极,接TP4056 BAT |
| 2 | BATN | 电池负极(保护内侧),经8205A到GND |
### J5: TFT屏幕 8P座子(见显示模组)
### H1: UART测试排针4P (C2691448)
| Pin | 网络 | 备注 |
|-----|------|------|
| 1 | GND | |
| 2 | 3V3 | |
| 3 | U0RXD | GPIO44(U1-Pin50) |
| 4 | U0TXD | GPIO43(U1-Pin49) |RX/TX 换位避免走线交叉)
---
## 交互模组
> LED指示+电源灯,用户交互外设
### 交互模组阻容
| 位号 | 值 | Pin1 | Pin2 | 用途 |
|------|------|------|------|------|
| R5 | 220Ω | GPIO33 | D1阳极 | 调试LED限流(C25091 0402) |
| R19 | 220Ω | 3V3 | D2阳极 | 电源LED限流(C25091 0402) |
| D1 | LED绿0805 | D1阳极(R5) | GND | 调试灯,GPIO33高电平亮(C2297) |
| D2 | LED绿0805 | D2阳极(R19) | GND | 电源灯,上电亮(C2297) |
---
## BOM清单
> 封装与LCSC编号强对照:换封装=换编号,改封装列必须同步改LCSC列
> V2.0变更:U1换S3FH4R2(QFN-56, C3013940),删R6/R7/R27,新增R33/R34/R35+Q2C6改用途屏幕去耦,J5从OLED 4P换TFT 8P
### IC/模组
| 位号 | 元件 | 参数 | 封装 | LCSC | 数量 | 库 |
|------|------|------|------|------|------|-----|
| U1 | ESP32-S3FH4R2 | 双核240MHz/4MB Flash/2MB PSRAM | QFN-56 7×7mm | C3013940 | 1 | 扩展 |
| U2 | ME6211A33PG-N | 3.3V/500mA LDO | SOT-89 | C236673 | 1 | 扩展 |
| U3 | INA226AIDGSR | 电流/电压监控I2C | MSOP-10 | C49851 | 1 | 扩展 |
| U4 | TP4056-42-ESOP8 | 线性充电500mA | ESOP-8 | C16581 | 1 | 扩展 |
| U5 | DW01A | 锂电保护IC | SOT-23-6 | C2927799 | 1 | 扩展 |
| U6 | 8205A | 双N-MOS保护开关 | SOT-23-6 | C2762931 | 1 | 扩展 |
### 晶体管
| 位号 | 元件 | 参数 | 封装 | LCSC | 数量 | 库 |
|------|------|------|------|------|------|-----|
| Q1 | AO3400A | N-MOS 30V/5.7A | SOT-23 | C20917 | 1 | 基础 |
| Q2 | AO3400A | N-MOS 30V/5.7A | SOT-23 | C20917 | 1 | 基础 | TFT背光低侧开关(同Q1料号) |
### 二极管/LED
| 位号 | 元件 | 参数 | 封装 | LCSC | 数量 | 库 |
|------|------|------|------|------|------|-----|
| D1 | LED绿 | 0805 | 0805 | C2297 | 1 | 基础 |
| D2 | LED绿 | 0805 | 0805 | C2297 | 1 | 基础 |
| D3 | SS34 | 40V/3A | SMA | C8678 | 1 | 基础 |
| D4 | SS34 | 40V/3A | SMA | C8678 | 1 | 基础 | 反接保护 |
| D5 | 1N5819WS | 40V/1A | SOD-323 | C191023 | 1 | 基础 |
| D6 | LED红 | 0603 | 0603 | C2286 | 1 | 基础 |
| D7 | LED白 | 0603 | 0603 | C2290 | 1 | 基础 |
| D8 | 1N5819WS | 40V/1A | SOD-323 | C191023 | 1 | 基础 | 防倒灌 |
### 电阻
| 位号 | 阻值 | 封装 | LCSC | 数量 | 库 |
|------|------|------|------|------|-----|
| R1 | 4.7kΩ | 0402 | C25900 | 1 | 基础 |
| R2 | 4.7kΩ | 0402 | C25900 | 1 | 基础 |
| R3 | 10kΩ | 0402 | C25744 | 1 | 基础 |
| R4 | 100kΩ | 0402 | C25741 | 1 | 基础 |
| R5 | 220Ω | 0402 | C25091 | 1 | 基础 |
| R8 | 22Ω | 0402 | C25092 | 1 | 基础 |
| R9 | 22Ω | 0402 | C25092 | 1 | 基础 |
| R10 | 0Ω | 0805 | C17477 | 1 | 基础 |
| R11 | 5.1kΩ | 0603 | C23186 | 1 | 基础 |
| R12 | 5.1kΩ | 0603 | C23186 | 1 | 基础 |
| R13 | 20Ω | 1210 | C3013392 | 1 | 扩展 |
| R14 | 20Ω | 1210 | C3013392 | 1 | 扩展 |
| R15 | 20Ω | 1210 | C3013392 | 1 | 扩展 |
| R16 | 20Ω | 1210 | C3013392 | 1 | 扩展 |
| R17 | 1kΩ | 0603 | C21190 | 1 | 基础 |
| R18 | 10kΩ | 0805 | C17414 | 1 | 基础 |
| R19 | 220Ω | 0402 | C25091 | 1 | 基础 |
| R20 | 1kΩ | 0805 | C17513 | 1 | 基础 |
| R21 | 100mΩ ±1% 3W | 2512 | C840616 | 1 | 扩展 |
| R22 | 2.4kΩ | 0603 | C22940 | 1 | 基础 |
| R23 | 470Ω | 0603 | C23179 | 1 | 基础 |
| R24 | 470Ω | 0603 | C23179 | 1 | 基础 |
| R25 | 470Ω | 0603 | C23179 | 1 | 基础 |
| R26 | 1kΩ | 0603 | C21190 | 1 | 基础 |
| R28 | 220Ω | 0805 | C17557 | 1 | 基础 | **VBUS充电宝假负载**:与R32并联=110Ω,从VBUS拉~45mA,防止充电宝智能断电(低电流自动关输出) |
| R29 | 2Ω | 0603 | C22977 | 1 | 基础 |
| R30 | 0Ω | 0805 | C17477 | 1 | 基础 |
| R31 | 100kΩ | 0402 | C25741 | 1 | 基础 |
| R32 | 220Ω | 0805 | C17557 | 1 | 基础 | **VBUS充电宝假负载**:与R28并联=110Ω,从VBUS拉~45mA,防止充电宝智能断电 |
| R33 | 10kΩ | 0402 | C25744 | 1 | 基础 | V2.0新增:GPIO0 Strapping上拉 |
| R34 | 1kΩ | 0603 | C21190 | 1 | 基础 | V2.0新增:Q2背光栅极串联 |
| R35 | 10kΩ | 0805 | C17414 | 1 | 基础 | V2.0新增:Q2背光栅极下拉 |
> V2.0电阻变化:删R6(GPIO8上拉)/R7(GPIO9上拉)/R27(GPIO2上拉),新增R33/R34/R35,总数32
### 电容
| 位号 | 容值 | 封装 | LCSC | 数量 | 库 |
|------|------|------|------|------|-----|
| C1 | 100nF | 0402 | C1525 | 1 | 基础 |
| C2 | 1µF/25V | 0402 | C52923 | 1 | 基础 |
| C3 | 1µF/25V | 0402 | C52923 | 1 | 基础 |
| C4 | 100µF ±20% 25V 固态 | SMD-D6.3×L6 | C46550465 | 1 | 扩展 |
| C5 | 10µF/25V | 0805 | C15850 | 1 | 基础 |
| C7 | 10µF/10V | 0603 | C19702 | 1 | 基础 |
| C8 | 100nF | 0603 | C14663 | 1 | 基础 |
| C9 | 100nF/50V | 0805 | C49678 | 1 | 基础 |
| C10 | 10µF/10V | 0603 | C19702 | 1 | 基础 |
| C11 | 10µF/10V | 0603 | C19702 | 1 | 基础 |
| C12 | 100nF | 0603 | C14663 | 1 | 基础 |
| C13 | 100nF | 0402 | C1525 | 1 | 基础 |
| C14 | 100nF | 0402 | C1525 | 1 | 基础 |
| C15 | 10µF/10V | 0603 | C19702 | 1 | 基础 |
| C16 | 22pF C0G 50V | 0603 | C1653 | 1 | 基础 |
| C17 | 22pF C0G 50V | 0603 | C1653 | 1 | 基础 |
| C18 | 1µF/25V | 0402 | C52923 | 1 | 基础 |
| C19 | 100nF | 0402 | C1525 | 1 | 基础 |
| C20 | 1µF/25V | 0402 | C52923 | 1 | 基础 |
| C6 | 100nF | 0402 | C1525 | 1 | 基础 | J5屏幕VCC去耦(原OLED去耦改用途,V2.0换屏) |
> V2.0电容变化:C6改用途为屏幕去耦,总数20不变
### 电感/磁珠
| 位号 | 元件 | 参数 | 封装 | LCSC | 数量 | 库 |
|------|------|------|------|------|------|-----|
| L1 | LQW15AN24NG00D | 24nH±2% | 0402 | C167472 | 1 | 扩展 |
| L2 | BLM18PG121SN1D | 120Ω@100MHz 2A | 0603 | C14709 | 1 | 基础 |
### 保险丝
| 位号 | 元件 | 参数 | 封装 | LCSC | 数量 | 库 |
|------|------|------|------|------|------|-----|
| F1 | SMD1210-050-13.2 | 500mA/13.2V | 1210 | C47753345 | 1 | 扩展 |
### 晶体
| 位号 | 元件 | 参数 | 封装 | LCSC | 数量 | 库 |
|------|------|------|------|------|------|-----|
| Y1 | TAXM40M4ZHBCDT2 | 40MHz CL=15pF | SMD2016-4P | C424432 | 1 | 扩展 |
### 按键
| 位号 | 元件 | 参数 | 封装 | LCSC | 数量 | 库 |
|------|------|------|------|------|------|-----|
| BOOT | 轻触开关 | 4×3×2mm | SMD | C720477 | 1 | 基础 |
| RESET | 轻触开关 | 4×3×2mm | SMD | C720477 | 1 | 基础 |
### 连接器
| 位号 | 元件 | 参数 | 封装 | LCSC | 数量 | 库 |
|------|------|------|------|------|------|-----|
| J1 | Type-C 16P母座 | 卧贴 | SMD | C2765186 | 1 | 扩展 |
| J2 | XH 2P | 2.5mm直插 | 插件 | C158012 | 1 | 扩展 |
| J3 | XH 4P | 2.5mm直插 | 插件 | C144395 | 1 | 扩展 |
| J4 | XH 2P | 2.5mm直插 | 插件 | C158012 | 1 | 扩展 |
| J5 | TFT 8P座子 | 2.5mm直插 | 插件 | C157972 | 1 | 扩展 |
| H1 | 排针4P | 2.54mm直插 | 插件 | C2691448 | 1 | 扩展 |
> J5原为OLED XH 4P(C144395)V2.0更换为TFT 8P XH 2.5mm座子(B8B-XH-A C157972)
---
## 网络汇总
> V2.0全信号网络连接关系,用于网表验证对齐
| 网络名 | 连接 | 说明 |
|--------|------|------|
| 3V3 | U1-Pin2/3/20/29/46 + C1+C2+C4+C6+C11+C18+C19+C20 + U2-Pin3 + U3-Pin6 + J5-2 + H1-2 + R1+R2+R3+R19+R23+R24+R33 + L2-Pin2 | 3V3供电 |
| GND | 系统公共地 + R10-Pin2 + R30-Pin1 + U1-EP + Y1-Pin2/4 + C14-Pin1 + C15-Pin2 + C16-Pin2 + C17-Pin2 + C19-Pin1 + J5-1 + R35-Pin2 | |
| VBUS | J1-A4B9/B4A9 + D3-2 + U4-4(VCC) + U4-8(CE) + R29-Pin1 + R28 + R32 | USB 5V输入+TP4056供电+使能+R28//R32充电宝假负载 |
| VCCDMP | R29-Pin2 + C7-Pin1 | R29+C7阻尼网络节点 |
| VIN | D3-1 + C5 + D8阴极 + U2-Pin2 | LDO输入 |
| J2VOUT | J2-2 + D8阳极 | J2开关输出→D8阳极 |
| VBAT | J2-1 + J4-1 + U4-5(BAT) + C10 + R25 + R4-1 | 电池正极+VBAT ADC分压上臂 |
| BATN | J4-2 + U5-6(VSS) + U6-2(D1) + C12-Pin2 | 电池负极(保护内侧) |
| FORCEP | J3-1 + F1 + R13+R14 + R15+R16 | 被测电池正极Force通路 |
| SENSEP | J3-2 + R20 | 被测电池正极Sense |
| SENSEN | J3-3 + U3-7 + C8-Pin2 + C9-Pin2 + D5阳极 + R10-Pin1 | 被测电池负极Sense局部岛 |
| FORCEN | J3-4 + D4阳极 + R30-Pin2 | 被测电池负极Force通路 |
| VBUS采样 | U3-8(VBUS) + R20-Pin2 + C9-Pin1 + D5阴极 | INA226 VBUS采样节点 |
| SHUNT | U3-10(IN+) + R21 + R15+R16 | 电流采样高端 |
| R8LOW | U3-9(IN-) + Q1-3(D) + R21 | R21低端+Q1漏极+INA226 IN- |
| MOSGATE | U1-Pin9(GPIO4) + R17 | 栅极驱动信号 |
| Q1栅极 | Q1-1(G) + R17+R18 | 栅极节点 |
| SDA | U1-Pin6(GPIO1) + U3-4 + R1 | I2C数据(不再接屏幕) |
| SCL | U1-Pin7(GPIO2) + U3-5 + R2 | I2C时钟(不再接屏幕,原GPIO3已迁) |
| GPIO0 | U1-Pin5(GPIO0) + R33 + BOOT键 | S3 Strapping启动模式 |
| GPIO3 | U1-Pin8(GPIO3) | Strapping悬空NC,禁止上拉 |
| GPIO45/46 | U1-Pin51/52 | Strapping内部弱下拉,不加拉 |
| TFTSCLK | U1-Pin22(GPIO16) + J5-3 | SPI时钟 |
| TFTSDI | U1-Pin21(GPIO15) + J5-4 | SPI数据(MOSI) |
| TFTCS | U1-Pin17(GPIO12) + J5-7 | SPI片选 |
| TFTDC | U1-Pin18(GPIO13) + J5-6 | SPI数据/命令 |
| TFRST | U1-Pin19(GPIO14) + J5-5 | 屏幕复位 |
| TFT_BL | U1-Pin16(GPIO11) + R34-1 | 背光PWM(GPIO11→R34) |
| Q2栅极 | Q2-1(G) + R34-2 + R35-1 | 背光MOS栅极节点 |
| TFTBL | Q2-3(D) + J5-8 | 背光回路(6颗LED并联90mA, Q2→J5) |
| U0TXD | U1-Pin49(GPIO43) + H1-3 | UART发送 |
| U0RXD | U1-Pin50(GPIO44) + H1-4 | UART接收 |
| RESET | U1-Pin4(CHIP_PU) + R3 + C3 + RESET键 | 复位网络 |
| CC1 | J1-A5 + R12 | CC1下拉GND |
| CC2 | J1-B5 + R11 | CC2下拉GND |
| USBD+ | J1-A6/B6 + R9 | USB D+ |
| USBD- | J1-A7/B7 + R8 | USB D- |
| PROG | U4-2 + R22 | 充电电流设定网络 |
| CHRG | U4-7 + D6阴极 + U1-Pin23(GPIO17) | 充电指示(开漏)LOW=充电中 |
| STDBY | U4-6 + D7阴极 + U1-Pin24(GPIO18) | 充满指示(开漏)LOW=充满 |
| VDDA | U1-Pin55/56 + L2-Pin1 + C14-Pin2 + C15-Pin1 | VDDA LC滤波,L2输入=3V3 |
| XTAL_N侧 | U1-Pin53 + Y1-Pin3 + C16-Pin1 | 晶振输出端 |
| XTAL_P芯片侧 | U1-Pin54 + L1-Pin1 | 晶振输入端(芯片侧) |
| XTAL_P晶振侧 | Y1-Pin1 + L1-Pin2 + C17-Pin1 | 晶振输入端(晶振侧) |
---
## 变更记录
| 版本 | 变更内容 |
|------|----------|
| V4.6→V4.7 | R20/R21由单颗0805改为两颗1206并联限流;D2(1N5819WS)新增VBUS钳位 |
| V4.7→V4.8 | 删D2(OR-ing)电池直连VIND6接D2(1N5819WS)VBUS钳位;VDDA加LC滤波 |
| V4.8→V5.0 | 四线开尔文改接(J3换4P)VBAT ADC分压;新增充电保护U4/U5/U6 |
| V5.0补丁1-5 | LED改3V3/充电状态读取/去耦补齐/四线开尔文改接/VBAT ADC/阻尼网络 |
| V5.0→V5.1 | U1换C3FH4裸片(QFN-32)R27改GPIO2 Strapping上拉;删R28;新增Y1+L1+L2+7×C |
| V5.1智谱终审整改 | 新增F1反接过流保护+D8防倒灌;R15/R16换1210 |
| V5.2量产版 | U3国产平替;R21换Bourns合金2512(C840616)C4换固态电容 |
| **V1.x→V2.0** | **2026-08-03** | **U1换ESP32-S3FH4R2(QFN-56, C3013940)**:引脚表全重排(Strapping=GPIO0/3/45/46)SCL GPIO3→GPIO2(R2上拉)VBAT ADC GPIO0→GPIO10(R4/R31/C13)BOOT GPIO9→GPIO0(R33)USB GPIO18/19→GPIO19/20(R8/R9)UART GPIO20/21→GPIO44/43;删R6/R7/R27GPIO26~32内封占用NC;新增5组电源去耦(VDD_SPI/VDD3P3_CPU)**屏幕SH1106 OLED→ST7789VW TFT**J5改8P座子,SPI信号BL=GPIO11/CS=GPIO12/DC=GPIO13/RST=GPIO14/MOSI=GPIO15/SCLK=GPIO16,背光GPIO11经Q2(AO3400A)低侧开关+R34/R35C6改用途为屏幕去耦;原J5(OLED I2C)更换为TFT 8P XH 2.5mm座子(B8B-XH-A C157972) |
---
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# Volt Hound V2.0电池检测仪 V2.0 方案文档
> 版本:V2.0 | 日期:2026-08-03
> 板名:Volt Hound V2.0
> 基于 V1.x (V5.2量产版) 改版:U1从ESP32-C3FH4裸片升级为ESP32-S3FH4R2裸片(QFN-56),屏幕从SH1106 OLED(I2C 128×64)更换为ST7789VW TFT(SPI 240×320),新增背光MOS控制
> 芯片迁移依据:知识库/ESP32-S3/ESP32-S3FH4R2速查卡_V1.0.md + 引脚迁移说明_C3FH4_到_S3FH4R2_V1.0.md
> 屏幕驱动依据:知识库/ST7789VW/ST7789VW屏幕速查卡_V1.0.md
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## 1. 产品概述
### 1.1 功能定位
四驱车马达测试仪的电池检测模块,测量被测电池的电压、电流、内阻和容量,通过 TFT 大屏实时显示,支持恒流放电测试。
### 1.2 核心指标
| 参数 | 值 | 备注 |
|------|------|------|
| 电压范围 | 0~1.7V(被测AA) / 0~6V(系统耐压上限) | 6V为铁律,无暂态豁免 |
| 电流范围 | 0~800mA (PGA=1) | INA226 ±81.92mV/100mΩ=±819mA |
| 分流电阻 | 100mΩ | 2512封装,3W额定(Bourns合金) |
| 放电电流 | ~100~155mA 随电池电压变化 | R15//R16=10Ω 串主回路限流,非恒流源 |
| 充电电流 | 500mA | TP4056 PROG设定 |
| 内置电池 | 软包1200mAh锂电 | 非18650 |
| 显示 | 3.2寸TFT 240×320 65K色 | ST7789VWSPI 4线40MHz |
| 通信接口 | I2C(INA226) + SPI(TFT) + USB(固件烧录) + UART(调试) | |
### 1.3 应用场景
1. 四驱车玩家测电池内阻,选赛用电池
2. 恒流放电测容量,评估电池老化
3. USB充电+锂电保护,开箱即用
4. V2.0新增:大屏大字显示+背光调节+更多测量信息同屏呈现
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## 2. 系统架构
### 2.1 模组划分
```
┌────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ V2.0 系统框图 │
├─────────┬───────────┬──────────┬──────────┬────────────────┤
│ 电源模组 │ 充电模组 │ 保护模组 │ 检测模组 │ 控制模组 │
│ ME6211 │ TP4056 │ DW01A │ INA226 │ ESP32-S3FH4R2 │
│ 3V3 LDO │ 500mA充 │ +8205A │ 电压电流 │ QFN-56裸片 │
│ │ 双LED指示 │ 三重保护 │ Kelvin采样│ +3.2寸TFT SPI │
└─────────┴───────────┴──────────┴──────────┴────────────────┘
```
### 2.2 供电链路
```
USB Type-C ─→ VBUS ─┬─→ D3(SS34) ─→ VIN ─→ ME6211 ─→ 3V3(系统)
├─→ U4.VCC(TP4056直连5V)
└─→ U4.CE(使能,有VBUS才充电)
锂电池 ─→ VBAT ─┬─→ U4.BAT(TP4056充电输出)
├─→ R25 ─→ U5.VDD(DW01A供电)
├─→ J2(开关) ─→ VIN(经开关选USB或电池)
└─→ J4(电池接口)
BATN(电池负极) ─→ U6.8205A ─→ GND(系统地,保护外侧)
3V3 ─→ J5-2(屏幕VCC) + C6(100nF)去耦
GPIO11(PWM) ─→ R34 ─→ Q2栅极(AO3400A) ─→ J5-8(BL) 背光低侧开关
```
### 2.3 充电保护链路
```
VBAT(正极直通系统)
├─ R25(470Ω) ─→ U5.VDD(DW01A供电)
BATN(负极,保护内侧)
├─ U5.VSS(DW01A参考地)
└─ U6.D1(8205A漏极)
├── U6.S1 ─→ R26 ─→ U5.CS(电流检测)
├── U6.G1 ←── U5.OD(放电控制)
├── U6.G2 ←── U5.OC(充电控制)
└── U6.S2 ─→ GND(系统地,保护外侧)
```
### 2.4 地域定义
| 网络名 | 含义 | 与GND关系 | 中间器件 |
|--------|------|-----------|----------|
| GND | 系统主地 | 直通 | 无 |
| BATN | 电池负极/保护内侧 | 隔8205A双MOS | U6(8205A) |
---
## 3. 电路设计
### 3.1 电源模组
**3.3V LDOU2 ME6211A33PG-N (SOT-89)**
- 输入:VIN(USB经D3或电池经开关)
- 输出:3V3500mA最大
- C5(10µF/25V 0805)紧贴VIN到GND
- C4(100µF/25V固态 SMD-D6.3×L6)紧贴VOUT到GND
- SOT-89散热优于SOT-23-5Pin1/Pin3加大焊盘
**防反接:D3 SS34 (SMA)**
- VBUS→VIN,压降约0.2V
- VIN = VBUS - 0.2V ≈ 4.8V,足够ME6211输入
**6V过压保护:D4 SS34 + R13//R14限流**
- 被测电池正极Force线经R13//R14(10Ω)限流后到FORCEP
- D4跨FORCEP(阴极)/FORCEN(阳极)之间钳位反接保护
- 反接时钳位FORCEP≈FORCEN-0.3V,不污染SENSEP/SENSEN
**D8防倒灌:D8 1N5819WS (SOD-323)**
- 串在J2 Pin2到VIN之间,阳极接J2-2(VBAT侧),阴极接VIN
- 电池供电:J2闭合→D8正向导通→VIN,正常供电
- USB充电时D8反偏,阻止VIN倒灌VBAT绕过TP4056
- 压降~0.2V3.5V以上电池供电时VIN≥3.3V,系统正常
**供电裕量(V2.0新增负载)**
- V2.0整机电流估算:MCU ~50mA + TFT IC ~7mA + 背光满载90mA + INA226 0.33mA + 杂项 ≈ **150mA**
- ME6211 500mA上限仍富余3.3倍
- 背光PWM降亮度(默认50%)可压至~105mA;空闲熄屏策略进一步省电
### 3.2 充电模组
**U4 TP4056-42-ESOP8 线性充电IC**
- VCC(Pin4)直连VBUS:不经D3TP4056需5V输入
- CE(Pin8)接VBUS:有USB才使能充电,无VBUS时TP4056静态耗电<2µA
- PROG(Pin2)接R22(2.4kΩ)到GNDIch = 1200/2.4k = 500mA
- BAT(Pin5)接VBAT:充电输出直连电池正极
- TEMP(Pin1)接GND:不用NTC温度检测
- EP(Pin9)接GND:散热焊盘,4过孔到GND平面
**VCC阻尼**
- R29(2Ω 0603)串联VBUS→VCCDMP→C7,抑制TP4056 VCC端MLCC上电振铃
- R29+C7为独立阻尼支路,非VCC主去耦电容。VCC(Pin4)直连VBUS不经R29
**充电指示**
- CHRG(Pin7)开漏→D6(红LED 0603)阴极,R23(470Ω)限流从3V3
- STDBY(Pin6)开漏→D7(白LED 0603)阴极,R24(470Ω)限流从3V3
- 充电中:D6红亮+D7灭,GPIO17=LOW;充满:D6灭+D7白亮,GPIO18=LOW;无电源:D6灭+D7灭,GPIO17/18均HIGH
**充电状态读取**
- CHRG分支到U1-Pin23(GPIO17)INPUT+内部上拉,LOW=充电中
- STDBY分支到U1-Pin24(GPIO18)INPUT+内部上拉,LOW=充满
- LED供电从3V3:阴极最高3.3V安全
**去耦**
- C7(10µF/10V 0603)紧贴Pin4(VCC)到GND,经R29接VBUS形成阻尼网络
- C10(10µF/10V 0603)紧贴Pin5(BAT)到GND
### 3.3 保护模组
**U5 DW01A + U6 8205A 锂电保护**
- 过充保护:电池电压>4.3V时,U5.OC拉低U6.G2,关断充电MOS
- 过放保护:电池电压<2.4V时,U5.OD拉低U6.G1,关断放电MOS
- 过流保护:放电电流>3A时,U5.OD拉低U6.G1,关断放电MOS
- R25(470Ω)U5.VDD到VBAT限流滤波
- C12(100nF 0603 C14663)U5.VDD到VSS去耦
- R26(1kΩ)U5.CS到U6.S1电流检测限流
- U6.Pin5(D2)=NC:内部与D1连通,外部不接
**保护在负极侧**
- VBAT(正极)直通系统,无开关
- BATN(负极)经8205A到GND,保护动作断开负极
### 3.4 控制模组(V2.0核心变更)
**U1 ESP32-S3FH4R2 (QFN-56 7×7mm, C3013940)**
- 双核LX7 240MHz512KB SRAM,内封4MB Flash + 2MB PSRAM(Quad SPI)
- 外挂40MHz晶振(Y1+L1+C16/C17)VDDA需L2磁珠+C14/C15 LC滤波
- 6个电源脚需外部去耦:VDD3P3×2 + VDD3P3_RTC + VDD_SPI + VDD3P3_CPU + VDDA×2
- QFN-56裸片走经济型SMT(同V5.1 C3FH4路线,比模组省约150元打样费)
- 内封Flash/PSRAM占用GPIO26~32,外部不可用
- 芯片面积7×7mm,比模组方案(16.6×13.2mm)小很多
- 原生USB(Serial/JTAG + OTG),无需桥接芯片
**V2.0相比V1.x(C3FH4)的GPIO变化**
| GPIO | V1.x(C3FH4) | V2.0(S3FH4R2) | 变化原因 |
|------|-------------|---------------|----------|
| GPIO1 | SDA(R1上拉) | SDA(R1上拉) | 保持,S3两侧都是ADC1_CH0 |
| GPIO3 | SCL(R2上拉) | **NC** | S3 GPIO3是Strapping(JTAG源选择)必须悬空! |
| GPIO2 | Strapping上拉R27 | **SCL(R2上拉)** | S3 GPIO2非Strapping,安全用作I2C时钟 |
| GPIO0 | VBAT ADC(R4/R31) | **Strapping上拉+BOOT键(R33)** | S3 GPIO0是Strapping(启动模式)且无ADC |
| GPIO9 | BOOT键(R7) | **NC** | S3启动模式由GPIO0/46控制,BOOT键迁GPIO0 |
| GPIO10 | NC | **VBAT ADC(R4/R31)** | S3 GPIO10=ADC1_CH9 |
| GPIO8 | Strapping上拉R6 | NC | S3 GPIO8非Strapping,删R6 |
| GPIO18/19 | USB D-/D+ | **GPIO19/20** | S3 USB固定19(D-)/20(D+) |
| GPIO20/21 | UART0 RX/TX | **GPIO44/43** | S3 UART0默认43(TX)/44(RX) |
| GPIO11~14 | 空闲 | **TFT SPI(SDI/SCLK/CS/DC)** | V2.0屏幕升级 |
| GPIO15/16 | 空闲 | **TFT RST/BL(PWM)** | 同上 |
| GPIO12~17 | 内封Flash占用NC | GPIO26~32内封占用 | 占用区不同,S3可用GPIO更多 |
**Strapping配置(S3,与C3完全不同!)**
| GPIO | 内部偏置 | 默认值 | 功能 | V2.0处理 |
|------|----------|--------|------|----------|
| GPIO0 | 弱上拉 | 1 | 启动模式 | R33(10kΩ)上拉3V3+BOOT键到GND |
| GPIO3 | 浮空 | - | JTAG信号源选择 | **必须悬空NC**,禁止任何上拉 |
| GPIO45 | 弱下拉 | 0 | VDD_SPI电压(0=3.3V) | NC不加拉 |
| GPIO46 | 弱下拉 | 0 | 启动模式/ROM打印 | NC不加拉 |
> 启动模式:GPIO0=1+GPIO46=0 → SPI Boot(正常运行);按住BOOT(GPIO0=0)+按RESET → Joint Download Boot(烧录)
> GPIO2/8/9在S3不是Strapping:原R27(GPIO2)/R6(GPIO8)/R7(GPIO9)全部删除
**V2.0新增/删除元件**
| 位号 | 元件 | 用途 |
|------|------|------|
| R33 | 10kΩ 0402 | GPIO0 Strapping上拉(替代R7S3 BOOT) |
| Q2 | AO3400A SOT-23 | TFT背光低侧开关(BOM已有料号,同Q1) |
| R34 | 1kΩ 0603 | Q2栅极串联 |
| R35 | 10kΩ 0805 | Q2栅极下拉GND |
| C6 | 100nF 0402 C1525 | J5屏幕VCC去耦(原OLED去耦改用途) |
| 删R27 | 10kΩ | C3 GPIO2 Strapping上拉→S3不需要 |
| 删R6 | 10kΩ | C3 GPIO8 Strapping上拉→S3不需要 |
| 删R7 | 10kΩ | C3 GPIO9上拉→S3 BOOT迁GPIO0,改R33 |
**复位/下载**
- RESET键:CHIP_PU(Pin4)接GNDR3(10kΩ)上拉3V3C3(1µF)去抖
- BOOT键:GPIO0(Pin5)接GNDR33(10kΩ)上拉3V3
- 下载模式:按住BOOT→按RESET→松BOOT
- 烧录方式:USB(原生USB Serial/JTAGGPIO19/20) 或 UART0(GPIO43/44)
**去耦布局(S3共5组电源)**
- C1(100nF)+C2(1µF)紧贴U1 Pin2/3(VDD3P3)
- C18(1µF)紧贴U1 Pin20(VDD3P3_RTC)
- C20(1µF)紧贴U1 Pin29(VDD_SPI,内封存储电源)
- C19(100nF)紧贴U1 Pin46(VDD3P3_CPU)
- C14(100nF)+C15(10µF)紧贴U1 Pin55/56(VDDA),经L2磁珠
- C11(10µF)3V3 bulk
- C6(100nF 0402)J5屏幕VCC去耦
**USB D+/D-**
- R8(22Ω)+R9(22Ω)串联GPIO19(D-)/GPIO20(D+)S3原生USB
- Type-C CC1/CC2各接R11/R12(5.1kΩ 0603 C23186)下拉GND
**晶振电路(沿用V4.7/V4.8已验证)**
- Y1(40MHz CL=15pF SMD2016-4P C424432)
- L1(24nH 0402 C167472)必须串在XTAL_P(Pin54)和Y1之间,乐鑫Datasheet强制
- C16/C17(22pF C0G 0603 C1653)晶振匹配电容
- 走线:晶振走线尽量短,远离USB和高速信号
**VDDA LC滤波(沿用V4.7/V4.8已验证)**
- L2磁珠(120Ω@100MHz 0603 C14709):输入3V3,输出VDDA
- C14(100nF)+C15(10µF)接VDDA到GND
- L2靠近U1 Pin55/56放置
### 3.5 检测模组
**U3 INA226AIDGSR (MSOP-10)**
- I2C地址:0x40A0+A1接GND
- 电压采样:VBUS(Pin8)经R20(1kΩ)从SENSEPD5(1N5819WS)钳位防负压
- 电流采样:IN+(Pin10)接SHUNTIN-(Pin9)接R8LOW,开尔文四线
- C8(100nF 0603 C14663)VS去耦,C9(100nF)VBUS滤波
**四线开尔文连接:J3 XH 4P**
- Pin1=FORCEP:放电大电流通路→R15/R16→SHUNT→R21→Q1→GND
- Pin2=SENSEP:零电流电压检测→R20→INA226 VBUS
- Pin3=SENSEN:零电流电压参考→INA226 Pin7→R10(0Ω)→GND
- Pin4=FORCEN:放电回流→D4阳极→R30(0Ω)→GND
- 走线:FORCEP/FORCEN≥0.38mmSENSEP/SENSEN 0.15~0.20mm(高阻检测,非差分对,各自走线,远离Force线)
**分流电阻:R21 100mΩ (2512 Bourns合金)**
- Kelvin四线:IN+/IN-走线紧贴R21本体焊盘引出
- 热电动势<40µV/°C3W额定
**限流电阻**
- R13//R14=10Ω(1210并联)FORCEP反接保护限流,反接时 D4 导通,电流经此路回流
- R15//R16=10Ω(1210并联 C3013392):放电主回路限流。无此电阻时回路仅 R21(0.1Ω)+Q1(0.05Ω)+电池内阻≈0.35Ω,1.5V 电池放电电流 ≈4.3A 远超 F1(500mA)额定值。10Ω 将电流限制在 100~155mA 安全范围(随被测电池电压变化),属被动限流非恒流源。四线 Kelvin 采样(INA226 实测实时电流)不受电阻压降影响,内阻计算与容量积分均基于实测值
**反接过流保护:F1 SMD1210-050-13.2 (1210 C47753345)**
- 串在J3-1与FORCEP之间,自恢复保险丝500mA hold / 13.2V
- 正常放电:R15//R16=10Ω 串联限流,电流 ~100~155mA 随被测电池电压变化(I=VBAT/10.15Ω),PTC冷态低阻不动作,四线 Kelvin 采样不受 Force 线压降影响
- 反接时两条路径(Path A D4+Path B Q1体二极管)均经FORCEP汇合通过F1,PTC自热跳变限流
- 拔掉电池后PTC冷却恢复
**放电开关:Q1 AO3400A (SOT-23)**
- 低侧开关,S接GNDD接R8LOW
- G经R17(1kΩ)接GPIO4R18(10kΩ)下拉GND
**反接钳位:D4 SS34**
- 阴极接FORCEP,阳极接FORCEN
- 反接时钳位保护,不污染Sense线
**VBUS钳位:D5 1N5819WS**
- 阴极接VBUS采样,阳极接SENSEN局部岛
- 防VBUS采样负压损坏INA226
**单点接地:R10(0Ω) + R30(0Ω)**
- R10SENSEN局部岛→系统GND
- R30FORCEN→系统GND
### 3.6 显示模组(V2.0新增)
**J5: GMT032-03 3.2寸TFT (ST7789VW, 240×320, 8P座子)**
- 接口:SPI 4线(4-line serial interface Ⅱ),仅写方向,40MHz
- 6根信号线:SCLK/MOSI(SDI)/CS/DC(A0)/RST/BL
- VCC(Pin2)=3V3 + C6(100nF)去耦
- 驱动库:TFT_eSPIST7789_DRIVER, 240×320
- 详细规格见 知识库/ST7789VW/ST7789VW屏幕速查卡_V1.0.md
**TFT SPI 引脚分配(S3**
| 信号 | S3 GPIO | U1 Pin# | 说明 |
|------|---------|---------|------|
| TFT_BL | GPIO11 | 16 | 背光PWM(LEDC) |
| TFTCS | GPIO12 | 17 | 片选(低有效) |
| TFTDC | GPIO13 | 18 | 数据/命令选择 |
| TFRST | GPIO14 | 19 | 复位(低有效) |
| TFTSDI | GPIO15 | 21 | SPI数据(MOSI) |
| TFTSCLK | GPIO16 | 22 | SPI时钟 |
**背光控制:Q2 AO3400A (SOT-23)**
- 背光需求:6颗白光LED并联,If=90mAVf=2.9~3.3V
- **禁止GPIO直驱**90mA > IO上限40mA
- Q2低侧开关:D接J5-8(BL)S接GNDG经R34(1kΩ)接GPIO11 + R35(10kΩ)下拉
- GPIO11输出LEDC PWM(8bit),默认50%亮度;空闲熄屏策略
- BOM料号同Q1AO3400A C20917),零新增料号
**显示内容(V2.0固件规划)**
- 首页大字:电压(被测电池) + 内阻 + 放电电流,同屏呈现
- 充电状态图标(CHRG/STDBY
- 内置电池电量(VBAT ADC
- 背光亮度档位 + 空闲自动熄屏
### 3.7 交互模组
**D1 调试LED(绿 0805)**
- R5(220Ω)限流,GPIO33高电平点亮
**D2 电源LED(绿 0805)**
- R19(220Ω)限流,上电常亮
### 3.8 连接器
| 位号 | 用途 | Pin定义 |
|------|------|---------|
| J1 | USB Type-C 16P | VBUS/D+/D-/CC1/CC2/GND |
| J2 | 电源开关(电池/VIN) | Pin1=VBAT, Pin2经D8(1N5819WS)防倒灌到VIN |
| J3 | 被测电池(四线开尔文) | Pin1=FORCEP, Pin2=SENSEP, Pin3=SENSEN, Pin4=FORCEN |
| J4 | 锂电池 | Pin1=VBAT, Pin2=BATN |
| J5 | TFT屏幕 8P座子 | Pin1=GND, Pin2=VCC, Pin3=SCL, Pin4=SDI, Pin5=RESET, Pin6=A0, Pin7=CS, Pin8=BL |
| H1 | UART调试排针 | Pin1=GND, Pin2=3V3, Pin3=U0TXD(GPIO43), Pin4=U0RXD(GPIO44) |
> ✅ J5引脚顺序已与模组实物8P座子核对:1=GND, 2=VCC, 3=SCL, 4=SDI, 5=RESET, 6=A0, 7=CS, 8=BL(原理图库文件顺序GND/RST/SCL/DC/CS/SDA/SDO/VCC不同,勿照抄库文件)
---
## 4. 关键设计约束
### 4.1 6V铁律
- 被测电池最大6V,所有采样路径元件耐压≥10V
- **无暂态豁免**6V是绝对上限
### 4.2 ESD钳位走线
- D4/D5钳位走线越短越好,紧贴采样节点
- R13/R14/R15/R16限流电阻靠近J3端
### 4.3 四线开尔文采样
- J3 4PFORCEP/SENSEP/SENSEN/FORCEN四线分离
- Force线≥0.38mmSense线0.15~0.20mm(高阻检测,非差分对,各自走线,远离Force线)
- SENSEN局部岛:顶层禁止铺铜区隔离,R10(0Ω)单点接GND
- R21两端走线紧贴焊盘引出
- IN+/IN-走线平行等长,远离数字信号
### 4.4 S3FH4R2裸片布局
- EP(Pin57底部焊盘)≥9个0.3mm过孔到GND平面
- 晶振走线尽量短,远离USB和SPI高速信号
- VDDA磁珠L2靠近U1 Pin55/56
- 6个电源脚去耦电容紧贴对应引脚(VDD3P3×2/VDD3P3_RTC/VDD_SPI/VDD3P3_CPU/VDDA×2
- 不用WiFiLNA_IN(Pin1)悬空NC,天线区域不用画
- GPIO3(Pin8)必须悬空,禁止任何上拉/挂总线
- GPIO26~32(Pin28~35)内封存储占用,禁止布线连接
### 4.5 TFT屏幕布局
- SPI走线尽量短(40MHz),远离晶振和USB
- J5屏幕VCC去耦C6(100nF)紧贴座子
- Q2背光MOS靠近J5-8(BL)放置
- 屏幕排线/座子区域避开晶振
### 4.6 TP4056散热
- ESOP-8封装,EP(Pin9)接GND加4过孔散热
- 500mA充电,Pd≈0.4W
### 4.7 ME6211散热
- SOT-89封装,Pin1/Pin3加大铜皮散热
- 500mA输出,Pd≈0.75W
---
## 5. 嘉立创SMT约束
### 5.1 可贴装元件统计
| 类别 | 数量 | 备注 |
|------|------|------|
| IC/模组(SMD) | 6 | U1-U6 |
| SMD电阻 | 32 | R1-R35(删R6/R7/R27,新增R33/R34/R35) |
| SMD电容 | 20 | C1-C20(C6改用途屏幕去耦) |
| SMD电感/磁珠 | 2 | L1+L2 |
| SMD晶体 | 1 | Y1 |
| SMD二极管/LED | 8 | D1-D8 |
| SMD保险丝 | 1 | F1 |
| SMD晶体管 | 2 | Q1+Q2(背光) |
| SMD按键 | 2 | BOOT+RESET |
| SMD连接器 | 1 | J1 Type-C |
| **SMD合计** | **76** | |
### 5.2 手工焊接元件
| 位号 | 元件 | 原因 |
|------|------|------|
| J2 | XH 2P 2.5mm直插 | 直插件 |
| J3 | XH 4P 2.5mm直插 | 直插件(四线开尔文) |
| J4 | XH 2P 2.5mm直插 | 直插件 |
| J5 | TFT 8P XH 2.5mm座子 | 直插件(屏幕连接) |
| H1 | 排针4P 2.54mm直插 | 直插件 |
| **合计** | **5** | |
### 5.3 SMT类型
- **经济型**:U1为QFN-56封装,嘉立创经济型可贴
- 所有SMD元件均为基础库或扩展库,无特殊封装
- Q2同Q1料号(AO3400A C20917基础库),零新增料号
### 5.4 BOM格式(嘉立创SMT下单用)
```
U1×1;U2×1;U3×1;U4×1;U5×1;U6×1;Q1×1;Q2×1;D1×1;D2×1;D3×1;D4×1;D5×1;D6×1;D7×1;D8×1;L1×1;L2×1;Y1×1;F1×1;
R1×1;R2×1;R3×1;R4×1;R5×1;R8×1;R9×1;R10×1;R11×1;R12×1;R13×1;R14×1;R15×1;R16×1;R17×1;R18×1;R19×1;R20×1;R21×1;R22×1;R23×1;R24×1;R25×1;R26×1;R28×1;R29×1;R30×1;R31×1;R32×1;R33×1;R34×1;R35×1;
C1×1;C2×1;C3×1;C4×1;C5×1;C6×1;C7×1;C8×1;C9×1;C10×1;C11×1;C12×1;C13×1;C14×1;C15×1;C16×1;C17×1;C18×1;C19×1;C20×1;
BOOT×1;RESET×1;J1×1
```
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## 6. 版本变更记录
| 版本 | 日期 | 变更内容 |
|------|------|----------|
| V5.0 | 2026-07-10 | U1换ESP32-C3-MINI-1-N4模组;新增U4/U5/U6充电保护;四线开尔文 |
| V5.0补丁1-5 | 2026-07-11~19 | LED改3V3/充电状态读取/去耦补齐/四线开尔文改接/VBAT ADC/阻尼网络 |
| V5.1 | 2026-07-21 | U1从MINI-1模组换回C3FH4裸片走经济型SMTGPIO2 Strapping专用上拉;新增Y1+L1+L2+7×C |
| V5.1智谱终审整改 | 2026-07-21 | 新增F1反接过流保护+ D8防倒灌;R15/R16换1210 |
| V5.2量产版 | 2026-08-01 | U3国产平替;R21换Bourns合金2512C4换固态电容 |
| V2.0 | 2026-08-03 | **U1换ESP32-S3FH4R2裸片(QFN-56, C3013940)**GPIO全面重排(S3 Strapping=GPIO0/3/45/46)SCL GPIO3→GPIO2VBAT ADC GPIO0→GPIO10BOOT键 GPIO9→GPIO0USB 18/19→19/20UART 20/21→43/44**屏幕换ST7789VW 3.2寸TFT(SPI 240×320)**SPI引脚TFT_BL=GPIO11,CS=GPIO12,DC=GPIO13,RST=GPIO14,MOSI=GPIO15,SCLK=GPIO16**新增Q2(AO3400A)背光PWM控制**+R34/R35;删R6/R7/R27(C3 Strapping上拉);新增R33(GPIO0上拉);C6改用途屏幕去耦;整机功耗预估~150mA(背光90mA为主) |
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## 7. 待办事项
### 7.1 硬件待办
- [ ] 投板前PCB核对清单复查(含QFN-56封装/S3 GPIO3悬空/TFT 8P座子顺序)
- [ ] 首批20-30台试水
### 7.2 固件待办(V2.0新增)
- [ ] ⚠️ 平台切换ESP32-S3 + TFT_eSPI库配置(User_Setup.h)
- [ ] ⚠️ GPIO宏更新:SCL=2 / VBAT_ADC=10 / BOOT=GPIO0 / UART=43,44
- [ ] ⚠️ 屏幕UI重做:大字电压+内阻+电流同屏,充电状态图标
- [ ] ⚠️ 背光PWM调光+空闲熄屏策略
- [ ] INA226校准系数写入Flash(出厂一次校准)
- [ ] 放电曲线采样间隔>1s防Flash写穿
- [ ] VBUS>6V软件断开Q1紧急保护
- [x] TP4056充电状态读取(CHRG→GPIO17/STDBY→GPIO18
### 7.3 认证待办
- [ ] 用户自行跑3C/CE认证
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