手撕原理图之微雪BME688模块

微雪的BME688模块资料:BME688 Environmental Sensor – Waveshare Wiki
原理图:https://www.waveshare.net/w/upload/c/ca/BME680_Environmental_Sensor.pdf

这里之所以选择了这个BME688的模块作为手撕的第一个原理图，第一也是想学习这个传感器的外围电路应该如何设计，以便后续可以使用，另外就是我觉得这种传感器模块的原理图非常简单，简单程度仅次于LED模块（led灯珠+电阻，笑）。

模块拓扑

模块整体来说还是比较简单的，总的来说包含以下部分：电源、BME688、输出端口。

大致拓扑如下，非常简单

前面一个稳压器用于兼容5V的电压输入，后面通过两个端口来决定使用IIC还是SPI。

稳压部分

在立创商城中，没有直接找到RT9193-33芯片，所以之类使用了引脚定义完全相同的RICHTEK(立锜)的RT9193-33GB，这是一个LDO，用于把5V的输入稳压为3.3V的输出。根据这款芯片的技术手册，RT9193后面的33即意为输出标准电压为3.3V，后面的GB，G意为GREEN，即绿色无铅，B表示为SOT-23-5封装。这样符合了微雪商城中“可兼容3.3V/5V的工作电平”的描述。

这里为了方便分析和修改，把原理图用立创EDA抄了一份

这是一个非常典型的LDO稳压电路。
VIN为电压输入引脚
GND为接地引脚
EN为使能引脚（注意根据立锜RT9193-33GB的技术文档描述，此引脚为高阻抗。当控制信号浮动时，应有一个下拉 100kΩ 电阻连接到 GND）
VOUT是电源输出引脚
BP是一个用于降低噪声的引脚。可以被浮空，但是如果想使其拥有最低的噪声，则需要连接一个22nF的电容然后接地（技术文档中描述）。

技术文档中典型使用如下

这也和本模块的使用基本一致，区别就是，本模块直接讲EN连到了VCC，使其强制开启，并且在输入电源的远端连接了一个10uF的电容用于过滤低频噪声，讲输出测文档中的1uF的电筒换为了10uF的电容，可能是处于过滤低频纹波考虑，提高输出稳定性。

BME680/BME688

这是博世公司的一个高精度温度、湿度、气压、气体传感器。

这里模块的原理图如下

传感器本身不需要什么外部连接，将SDO、SDI、CSB、SCK引出供后续使用，VDD和VDDIO连接3.3v电源，两个GND接地即可。然后根据技术手册中的说明，电源处连接两个100nF的电容，这里应该也是起到滤波作用。（技术手册的连线图太太太抽象了）

但是在此技术上，将上面引出的四个引脚分别连接了四个NMOS（实际上是两个NDC7002N），原理图如下（这里做了一些连接顺序的修改）

对于这部分，主要是利用NMOS处理了双向通信的逻辑。

IIC的上拉电阻，这样默认输出是高电平，G端给高电压后，开关联通，此时输出电平高低就看S端了。
S端是低电平，则输出就是低电平（相当于S端接地了）。这就是从主端到从端的输出。如果s端是高电平，则电压差变小，mos关闭，D端是被拉起的高电平
如果是从端到主端的输出，即D端的电平可以变化，S端是被动的，则主端会释放，即S端会是一个被上拉到3V3的高电平
那么由于S端也被添加了连接到3V3的上拉电阻，所以S端默认是高电平，此时和G端的电压差变小，mos就断开了，D和S不直接相通
此时如果D端输出低电平（接地），那么S和D就会产生电压差，nmos内部的寄生二极管就会在一瞬间导通D和S，此时s端短暂的变为低电压，G和S产生电压差，通路打开，S端继续维持低电压。
至于4.7k的上拉电阻阻值，也是根据技术手册中确定的。除此之外4.7k也是被广泛应用于IIC通讯的上拉电阻阻值。

在技术手册中表述，CSB可以用于选择通信模式，当使用IIC模式的时候，需要把VSB连到VDDIO上去。在这里的连接中，CSB给了一个上拉到3V3的电阻，而3V3又连接到VDD和VDDIO上去了，所以这里是默认联通的状态，即默认是IIC模式。但是如果输出的CS端口被连接，在默认情况下，G端和S端都是3V3电压，MOS是断开的，当D端的CS被连接在外部电路上的时候，形成了有效的汇率，VCC给输出的CS一个电压，此时给CS一个低电压（接地），D和S之间形成电势差，就按照上述类似的逻辑，是开关持续导通，CSB也变为低电压，最终就变为了SPI模式。这也就是外部提供了两中针脚可以提供协议选择的原理。

除此之外，原理图中还有一处测试点，连接的是传感器的SDO引脚。根据微雪的文档描述，测试点短接，可以用于设定IIC地址。根据传感器的技术文档，这里SDO引脚在IIC模式下，接地可以用于使用默认地址，这也就是切换地址的原理。