ESP32S2MINI1 & ESP32S2MINI1U 技术规格书

ESP32S2MINI1 & ESP32S2MINI1U 技术规格书

2.4 GHz WiFi (802.11 b/g/n) 模组 
内置 ESP32S2 系列芯片，Xtensa® 单核 32 位 LX7 微处理器 
内置芯片叠封 4 MB flash，可叠封 2 MB PSRAM 
37 个 GPIO，丰富的外设 
板载 PCB 天线或外部天线连接器

1 产品概述 
1.1特性 

CPU 和片上存储器 
• 内置 ESP32-S2FH4 或 ESP32-S2FN4R2 芯片， Xtensa® 单核 32 位 LX7 微处理器，支持高达 240 MHz 的时钟频率 
• 128 KB ROM 
• 320 KB SRAM 
• 16 KB RTC SRAM 
• 4 MB 嵌入式 flash 
• 2 MB 嵌入式 PSRAM（仅 ESP32-S2FN4R2 芯 片） 

WiFi 
• 802.11 b/g/n 
• 数据速率高达 150 Mbps 
• 帧聚合 (TX/RX A-MPDU, RX A-MSDU) 
• 0.4 µs 保护间隔 
• 工作信道中心频率范围：2412 ~ 2484 MHz 

外设 
• GPIO、SPI、UART、I2C、I2S、LCD 接口、 Camera 接口、IR、脉冲计数器、LED PWM、 TWAI®（兼容 ISO 11898-1）、USB 1.1、ADC、 DAC、触摸传感器、温度传感器 

模组集成元件 
• 40 MHz 集成晶振 

天线选型 
• 板载 PCB 天线 (ESP32-S2-MINI-1) 
• 通过连接器连接外部天线 (ESP32-S2-MINI-1U) 工作条件 
• 工作电压/供电电压：3.0 ~ 3.6 V 
• 工作环境温度：–40 ~ 85 °C 

认证 
• 环保认证：RoHS/REACH 
• RF 认证：FCC/CE-RED/SRRC/IC 

测试 
• HTOL/HTSL/uHAST/TCT/ESD

1.2描述 
ESP32-S2-MINI-1 和 ESP32-S2-MINI-1U 是通用型 Wi-Fi MCU 模组，功能强大，具有丰富的外设接口，可用于 可穿戴电子设备、智能家居等场景。 
两款模组的订购信息如下表所示： 

表 1: 模组订购信息

ESP32-S2-MINI-1 采用 PCB 板载天线，ESP32-S2-MINI-1U 采用连接器连接外部天线。两款模组均有两种变 型： 
• 集成 ESP32-S2FH4 芯片（带有 4 MB 嵌入式高温 flash），或 
• 集成 ESP32-S2FN4R2 芯片（带有 4 MB 嵌入式 flash 和 2 MB 嵌入式 PSRAM） 两种变型仅内置芯片不同。除非另有说明，本规格书中 ESP32-S2-MINI-1 指代 ESP32-S2-MINI-1-N4 和 ESP32-S2-MINI-1-N4R2 两种变型，ESP32-S2-MINI-1U 指代 ESP32-S2-MINI-1U-N4 和 ESP32-S2-MINI-1U-N4R2 两种变型。 ESP32-S2FH4 芯片和 ESP32-S2FN4R2 芯片同属 
ESP32-S2 系列芯片，搭载 Xtensa® 32 位 LX7 单核处理器， 工作频率高达 240 MHz。用户可以关闭 CPU 的电源，利用低功耗协处理器监测外设的状态变化或某些模拟量 是否超出阈值。 ESP32-S2 系列芯片还集成了丰富的外设，包括 SPI、I2S、UART、I2C、LED PWM、TWAI®、LCD 接口、 Camera 接口、ADC、DAC、触摸传感器、温度传感器和多达 43 个 GPIO，以及一个全速 USB On-The-Go (OTG) 接口。 
ESP32-S2FH4 芯片和 ESP32-S2FN4R2 芯片的区别在于：
 • 配置的嵌入式 flash 温度不同 
• 是否配置了嵌入式 PSRAM 详细信息，可参考 《ESP32-S2 系列芯片技术规格书》 的产品型号对比章节。

1.3应用 
• 通用低功耗 IoT 传感器 Hub 
• 通用低功耗 IoT 数据记录器 
• 摄像头视频流传输 
• OTT 电视盒/机顶盒设备 
• USB 设备 
• 语音识别 
• 图像识别 
• Mesh 网络 
• 家庭自动化 
• 智能家居控制板 
• 智慧楼宇 
• 工业自动化 
• 智慧农业 
• 音频设备 
• 健康/医疗/看护 
• Wi-Fi 玩具 
• 可穿戴电子产品 
• 零售 & 餐饮 
• 智能 POS 应用

2 功能块图

图 1: ESP32S2MINI1 功能块图

图 2: ESP32S2MINI1U 功能块图

3 管脚定义 

3.1 管脚布局

图 3: ESP32S2MINI1 管脚布局（顶视图)

图 4: ESP32S2MINI1U 管脚布局（顶视图)

Note: 管脚布局图显示了模组上管脚的大致位置。具体布局请参考章节 7.1 模组尺寸图。

3.2 管脚描述 
模组共有 65 个管脚，具体描述参见表 2。 

表 2: 管脚定义

Notice: 
1.IO18 在模组上已通过 10 kΩ 电阻上拉到 VDD33。详细请参考图 5 和图 6。 2. 对于 ESP32-S2-MINI-1-N4R2 和 ESP32-S2-MINI-1U-N4R2 模组，IO26 用于连接至嵌入式 PSRAM，不可用于其 他功能。 
3. 外设管脚分配请参考《ESP32-S2 系列芯片技术规格书》。

3.3 Strapping 管脚 

ESP32-S2 系列芯片共有 3 个 Strapping 管脚：GPIO0、GPIO45、GPIO46。ESP32-S2 系列芯片的 Strapping 管脚与模组管脚对应关系如下，可参考章节 5 电路原理图：
• GPIO0 = IO0 
• GPIO45 = IO45 
• GPIO46 = IO46 
软件可以读取寄存器“GPIO_STRAPPING”中这几个管脚 strapping 的值。 在芯片的系统复位（上电复位、RTC 看门狗复位、欠压复位、模拟超级看门狗 (analog super watchdog) 复位、 晶振时钟毛刺检测复位）过程中，Strapping 管脚对自己管脚上的电平采样并存储到锁存器中，锁存值为“0” 或“1”，并一直保持到芯片掉电或关闭。 IO0、IO45、IO46 默认连接内部上拉/下拉。如果这些管脚没有外部连接或者连接的外部线路处于高阻抗状态， 内部弱上拉/下拉将决定这几个管脚输入电平的默认值。 为改变 Strapping 的值，用户可以应用外部下拉/上拉电阻，或者应用主机 MCU 的 GPIO 控制 ESP32-S2 系列 芯片上电复位时的 Strapping 管脚电平。 复位放开后，Strapping 管脚和普通管脚功能相同。 配置 Strapping 管脚的详细启动模式请参阅表 3 。 

表 3: Strapping 管脚

Note: 
1.固件可以通过配置寄存器，在启动后改变“VDD_SPI 电压”的设定。 
2.GPIO 46 = 1 且 GPIO0 = 0 不可使用。 
3.由于模组的 flash 的工作电压默认为 3.3 V（VDD_SPI 输出），所以模组内部 IO45 的上拉电阻 R1 默认不上件。同 时，请注意在使用 IO45 时确保模组上电时外部电路不会将 IO45 拉高。 
4. ROM Code 上电打印默认通过 TXD0 管脚，可以由 eFuse 位控制切换到 DAC_1 (IO17) 管脚。 5. eFuse 的 UART_PRINT_CONTROL 为 0 时，上电正常打印，不受 IO46 控制。 1 时，IO46 为 0：上电正常打印；IO46 为 1：上电不打印。2 时，IO46 为 0：上电不打印；IO46 为 1：上电正常打印。 3 时，上电不打印，不受 IO46 控制。

4 电气特性 

4.1 大额定值 

表 4: 大额定值

4.2 建议工作条件 

表 5: 建议工作条件

4.3 直流电气特性 (3.3 V, 25 °C) 

表 6: 直流电气特性 (3.3 V, 25 °C)

Note: 
1.VDD 是 I/O 的供电电源。 
2.VOH 和 VOL 为负载是高阻条件下的测量值。

4.4 功耗特性 
ESP32-S2 系列芯片采用了先进的电源管理技术，可以在不同的功耗模式之间切换。关于不同功耗模式的描述， 详见《ESP32-S2 系列芯片技术规格书》中章节 RTC 和低功耗管理。

表 7: 射频功耗

Note: 
• 以上功耗数据是基于 3.3 V 电源、25 °C 环境温度，在 RF 接口处完成的测试结果。所有发射数据均基于 100% 的占空比测得。 
• 测量 RX 功耗数据时，外设处于关闭状态，CPU 处于 idle 状态。

表 8: 不同功耗模式下的功耗

Note: • 测量 Modem-sleep 功耗数据时，CPU 处于工作状态，cache 处于 idle 状态。 • 在 Wi-Fi 开启的场景中，芯片会在 Active 和 Modem-sleep 模式之间切换，功耗也会在两种模式间变化。 • Modem-sleep 模式下，CPU 频率自动变化，频率取决于 CPU 负载和使用的外设。 • Deep-sleep 模式下，仅 ULP 协处理器处于工作状态时，可以操作 GPIO 及低功耗 I2C。• 当系统处于超低功耗传感器监测模式时，ULP 协处理器或传感器周期性工作。触摸传感器以 1% 占空比工作，系 统功耗典型值为 22 µA。

4.5 WiFi 射频 
4.5.1 WiFi 射频特性 

表 9: WiFi 射频特性

1.工作信道中心频率范围应符合国家或地区的规范标准。软件可以配置工作信道中心频率范围。 
2. 使用 IPEX 天线的模组输出阻抗为 50 Ω，不使用 IPEX 天线的模组可无需关注输出阻抗。

4.5.2 发射器性能规格 

表 10: 发射器性能规格

1. 根据产品或认证的要求，用户可以配置目标功率。

4.5.3 接收器性能规格 

表 11: 接收器性能规格

5 原理图 
模组内部元件的电路图。

图 5: ESP32S2MINI1 模组原理图

图 6: ESP32S2MINI1U 模组原理图

6 外围设计原理图 
模组与外围器件（如电源、天线、复位按钮、JTAG 接口、UART 接口等）连接的应用电路图。

图 7: 模组外围设计原理图

Note: • EPAD 可以不焊接到底板，但是焊接到底板的 GND 可以获得更好的散热特性。 • 为确保芯片上电时的供电正常，EN 管脚处需要增加 RC 延迟电路。RC 通常建议为 R = 10 kΩ，C = 1 µF，但具 体数值仍需根据模组电源的上电时序和芯片的上电复位时序进行调整。芯片的上电复位时序图可参考 《ESP32-S2 系列芯片技术规格书》中电源管理章节。

7 模组尺寸和 PCB 封装图形 7.1 模组尺寸

图 8: ESP32S2MINI1 模组尺寸

图 9: ESP32S2MINI1U 模组尺寸

7.2 PCB 封装图形

图 10: ESP32S2MINI1 PCB 封装图形

图 11: ESP32S2MINI1U PCB 封装图形

7.3 外部天线连接器尺寸 
ESP32-S2-MINI-1U 采用图 12 所示的第三代外部天线连接器，该连接器兼容： • 广濑 (Hirose) 的 W.FL 系列连接器 • I-PEX 的 MHF III 连接器 • 安费诺 (Amphenol) 的 AMMC 连接器

图 12: 外部天线连接器尺寸图

8 产品处理 
8.1 存储条件 
密封在防潮袋 (MBB) 中的产品应储存在 < 40 °C/90%RH 的非冷凝大气环境中。 模组的潮湿敏感度等级 MSL 为 3 级。 真空袋拆封后，在 25±5 °C、60%RH 下，必须在 168 小时内使用完毕，否则就需要烘烤后才能二次上线。 

8.2 ESD 
• 人体放电模式 (HBM)：2000 V 
• 充电器件模式 (CDM)：500 V 
• 空气放电：6000 V 
• 接触放电：4000 V 

8.3 回流焊温度曲线

图 13: 回流焊温度曲线

Note: 建议模组只过一次回流焊。

9 MAC 地址和 eFuse 芯片 
eFuse 已烧写 48 位 mac_address，芯片工作在 station 或 AP 模式时，实际使用的 MAC 地址与 mac_address 的对应关系如下： • Station mode: mac_address • AP mode: mac_address + 1 eFuse 中有 7 个 block 可供用户使用，每个 block 大小为 256 位，有独立的 write/read disable 控制，其中 6 个 可用于存放加密 key 或用户数据，1 个仅用于存放用户数据。