【ESP32-S2】【硬件设计】

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官方参考链接：

ESP32-S2
Espressif 产品订购指南

ESP32-S2 官方产品分类：

ESP32-S2 芯片

分类	MPN	描述	容量	天线类型	工作温度 Ta	封装尺寸mm
ESP32-S2	-	SMD Wi-Fi IC ESP32-S2，单核 MCU，QFN56-pin，7*7 mm	-	-	–40 °C ~ +125 °C	QFN56_7X7
ESP32-S2FH2	-	SMD Wi-Fi IC ESP32-S2F，单核 MCU，QFN 56-pin，7*7mm，内置 2 MBflash，-40˚C ~ +105˚C	2MB flash	-	–40 °C ~ +105 °C	QFN56_7X7
ESP32-S2FH4	-	SMD Wi-Fi IC ESP32-S2F，单核 MCU，QFN 56-pin，7*7mm，内置 4 MBflash，-40˚C ~ +105˚C	4MB flash	-	–40 °C ~ +105 °C	QFN56_7X7

ESP32-S2 模组

分类	MPN	描述	容量	天线类型	工作温度 Ta	封装尺寸mm
ESP32-S2-MINI-1	ESP32-S2-MINI-1(M50F2H0000PH3Q0)	SMD 模组，集成 ESP32-S2FH4	4MB Flash	PCB 天线	–40 °C ~ +85 °C	20x15.4x2.4
ESP32-S2-MINI-1U	ESP32-S2-MINI-1U(M50F2H0000UH3Q0)	SMD 模组，集成 ESP32-S2FH4	4MB flash	IPEX 天线	–40 °C ~ +85 °C	20x15.4x2.4
ESP32-S2-WROOM	ESP32-S2-WROOM(M22S2H3200PH3Q0)	SMD 模组，集成 ESP32-S2	4MB flash	PCB 天线	–40 °C ~ +85 °C	31x18x3.3
ESP32-S2-WROOM	ESP32-S2-WROOM(M22S2H3200PS3Q0)	SMD 模组，集成 ESP32-S2	4MB flash	PCB 天线	–40 °C ~ +105 °C	31x18x3.3
ESP32-S2-WROOM-I	ESP32-S2-WROOM-I(M22S2H3200UH3Q0)	SMD 模组，集成 ESP32-S2	4MB flash	IPEX 天线	–40 °C ~ +85 °C	31x18x3.3
ESP32-S2-WROOM-I	ESP32-S2-WROOM-I(M22S2H3200US3Q0)	SMD 模组，集成 ESP32-S2	4MB flash	IPEX 天线	–40 °C ~ +105 °C	31x18x3.3
ESP32-S2-WROVER	ESP32-S2-WROVER(M22S2H3216PH3Q0)	SMD 模组，集成 ESP32-S2	4MB flash，2MB PSRAM	PCB 天线	–40 °C ~ +85 °C	31x18x3.3
ESP32-S2-WROVER-I	ESP32-S2-WROVERI(M22S2H3216UH3Q0)	SMD 模组，集成 ESP32-S2	4MB flash，2MB PSRAM	IPEX 天线	–40 °C ~ +85 °C	31x18x3.3
ESP32-S2-SOLO	ESP32-S2-SOLO(M11S2H3200PH3Q0)	SMD 模组，集成 ESP32-S2	4MB flash	PCB 天线	–40 °C ~ +85 °C	25.5x18x3.1
ESP32-S2-SOLO-U	ESP32-S2-SOLO-U(M11S2H3200UH3Q0)	SMD 模组，集成 ESP32-S2	4MB flash	IPEX 天线	–40 °C ~ +85 °C	25.5x18x3.1

ESP32-S2 开发板

分类	MPN	描述	容量	天线类型	工作温度 Ta	封装尺寸mm
ESP32-S2-Saola-1R	-	ESP32-S2 通用开发板，集成 ESP32-S2-WROVER，排针	4MB Flash，2MB PSRAM	PCB 天线	–40 °C ~ +85 °C	53.9x27.9
ESP32-S2-Saola-1RI	-	ESP32-S2 通用开发板，集成 ESP32-S2-WROVER-I，排针	4MB Flash，2MB PSRAM	IPEX 天线	–40 °C ~ +85 °C	53.9x27.9
ESP32-S2-Saola-1M	-	ESP32-S2 通用开发板，集成 ESP32-S2-WROOM，排针	4MB Flash	PCB 天线	–40 °C ~ +85 °C	53.9x27.9
ESP32-S2-Saola-1MI	-	ESP32-S2 通用开发板，集成 ESP32-S2-WROOM-I，排针	4MB Flash	IPEX 天线	–40 °C ~ +85 °C	53.9x27.9
ESP32-S2-Kaluga-1	-	ESP32-S2 多媒体开发板，集成 LCD、Audio、Camera、Touch等多功能子板	4MB Flash，2MB PSRAM	PCB 天线	–40 °C ~ +65 °C	166x128x60

ESP32-S2-Saola-1 开发指南
ESP32-S2-Kaluga-1 开发指南

ESP32-S2 概述

Xtensa 32bit LX7 单核处理器，工作频率高达 240MHz
支持 32 位乘法器、32 位除法器
320KB SRAM，128KB ROM
IEEE 802.11 b/g/n 协议
2.4GHz 支持 20MHz 和 40MHz 频宽
硬件加密加速器支持 AES、SHA、RSA 算法
flash 加密和安全启动 secure boot
丰富的外设：I2C、I2S、SPI、UART、DAC/ADC、Touch、USB1.1

ESP32-S2 管脚定义

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类同ESP32，ESP32-S2 只有一个 GND 管脚，即为芯片正下方的 GND 散热焊盘。
GPIO33、GPIO34、GPIO35、GPIO36、GPIO37 电源阈默认为 VDD3P3_CPU，可通过软件配置为 VDD_SPI。

ESP32-S2 硬件设计相关

1. 电源：

ESP32-S2 电源模块如下图所示：

1）靠近 Pin20（VDD3P3_RTC）、Pin27（VDD3P3_RTC_IO）、Pin45（VDD3P3_CPU）分别添加 0.1uF 电容
2）靠近 Pin1（VDDA）添加 0.1uF 电容
3）靠近 Pin51&Pin54（VDDA）添加 1uF + 100pF 电容
4）靠近 Pin3&Pin4（VDD3P3）添加 10uF + 1uF + 0.1uF + L（2.0nH，额定电流推荐在 500mA 及以上）+ 0.1uF
5）VDD_SPI 管脚可配置输出 1.8 V（Boot 启动时，需 GPIO45 的值为 1）或输出 3.3 V（Boot 启动时，需 GPIO45 的值为 0，默认状态）给外部电路使用。建议靠近该电源管脚处添加 0.1 µF 及 1 µF 对地滤波电容。当 VDD_SPI 处于 1.8 V 模式时，由 ESP32-S2 内部的 LDO 产生。LDO 能提供的最大电流为 40 mA，输出电压范围为 1.8 V ~ 3.6 V。当 VDD_SPI 处于 3.3 V 模式时，由 VDD3P3_RTC_IO 通过约 5 Ω 电阻直接供电。因此，VDD_SPI 相对VDD3P3_RTC_IO 会有一定电压降。

2. 复位：

CHIP_PU（电压阈 VDD3P3_RTC_IO），即 ESP-S2 的使能管脚需要晚于系统电源上电，通常建议添加 RC 电路（R=10K，C=0.1uF）。

1）t0，t1 最小值 0.5ms
2）VIL_nRST，芯片复位电压，最大值 0.25VDD
3）VIH_nRST，芯片复位释放电压，最小值 0.75VDD

3. 晶振：

系统时钟：

1）晶振规格 40MHz，±10ppm；推荐该晶振与芯片 gap > 2.0mm
2）无源晶振设计，XTAL_P 预留 0R（初始值）串联电阻
3）有源晶振，通过串联电容（50pF左右）接至 XTAL_P，XTAL_N 悬空。设计上兼容无源晶振方案
4）晶振走线不可打孔，不可跨层；周围禁止 route 高频等干扰信号

RTC 外接时钟：

4. RF：

1）靠近芯片射频管教 Pin2（LNA_IN）预留 CLC matching 电路
2）RF 走线需做 50R 阻抗管控
3）天线靠板边放置，保证馈点离板边最近。周围 15mm 无干涉，净空

5. UART：

6. ADC：

7. Touch：

8. Flash & PSRAM：

1）芯片与 Flash & PSRAM 间的 SPI 总线建议从芯片端打孔 route 在第三层
2）CLK、DATA 周围尽可能包地
3）VDD_SPI 要与所用 flash 的工作电压匹配。对 3.3V flash，其工作电压一般为 2.7V ~ 3.6V
4）SPI 总线靠近芯片端预留 0R 串联电阻
5）Flash & PSRAM 预留上拉电阻（10K）

9. GPIOs：

10. PCB Layout：

芯片 on-board 设计，推荐四层板方案：
L1：主要用于摆件、route 信号
L2：保证完整的地平面
L3：铺地平面及适度走线（射频和晶振下禁止布线）
L4：电源走在此层，星型结构，也可走部分信号线

参考叠层信息如下：

ESP32-S2 Strapping Pins

GPIO45：控制 VDD_SPI 的输出电压，默认下拉

3）VDD_SPI 电压由 GPIO45 的 strapping 值或 eFuse 中 VDD_SPI_TIEH 决定。eFuse 中 VDD_SPI_FORCE 选择决定方式：0：由 GPIO45 的 strapping 值决定；1：由 eFuse 中 VDD_SPI_TIEH 决定

GPIO0：控制系统启动模式，默认上拉

3）GPIO46 = 1 且 GPIO0 = 0 不可使用

GPIO46：控制 ROM Code 打印，默认下拉

1）eFuse 的 UART_PRINT_CONTROL 为
0 时，上电正常打印，不受 GPIO46 控制。
1 时，GPIO46 为 0：上电正常打印；GPIO46 为 1：上电不打印。
2 时，GPIO46 为 0：上电不打印；GPIO46 为 1：上电正常打印。
3 时，上电不打印，不受 GPIO46 控制