XIAO ESP32-S3 (Seeed board)

Curiosity

Seeed XIAO ESP32-S3 (SKU 113991114, $7.49): variant board del chip ESP32-S3, con form factor “thumb-size” 21×17.8mm classico XIAO, antenna ceramic + UFL onboard, LiPo charging management integrato, 4 modi power (Active/Modem/Light/Deep sleep). Vincoli importanti rispetto al chip puro: solo 11 GPIO esposti (vs 45 chip), 1× UART (vs 3), 1× I2C (vs 2), 1× SPI (vs 4) — il resto resta interno al modulo. Per Visla v2 PCB NON usiamo questo board ma il modulo ESP32-S3-MINI-1-N8 direttamente (più piccolo, JLC-friendly per PCBA). Lo XIAO è il bench dev kit.

⚡ Bench-test consumi Visla 2026-06-05 (FNB58 inline + sketch ciclo)

Setup: XIAO ESP32-S3 standalone (no Expansion Board), cavo USB-C → FNB58 USB-C inline → Mac. Sketch test-power-modes.ino che cicla 5 stati ogni ~103s, durata cattura 320s = 3 cicli completi. Sample rate FNB58 ~24 Hz via Bluetooth.

Risultati misurati

Statistiche per fase (3 cicli, 3420 samples)

Cycle average: 17.59 mA · 5.13V USB → potenza media 90.2 mW · capacità ciclo 1.27 mAh per 260s.

🔋 Estrapolazione battery life Visla v2 — scenario reale veicolare

Scenario production realistico Visla v2 Auto: 1 ora di movimento + 23 ore fermo ogni giorno (=4.17% drive time). Tre profili di consumo basati su come gestire le 23h fermo:

Componenti consumo durante “drive” (1h continuo):

• XIAO MCU active continuous: 28 mA (bench-verified ✅)
• GPS attivo (es. MAX-M10S): ~10 mA addizionali
• Modem A7670 TX peak medi (1 burst/min @ 50 mA × 5s): ~4 mA averaged
• Totale stima drive: ~42 mA durante 1h × 3600s = 42 mAh consumati

Componenti consumo durante “stopped” (23h) — 3 strategie:

📅 Durata batteria per dimensione LiPo

Sweet spot per Visla v2 Auto: LiPo 18650 3500 mAh + strategia 🟢 deep sleep + wake hourly heartbeat → ~2 mesi tra ricariche con guida 1h/giorno. Compatibile col target “carica mensile” per uso consumer.

Calcolo dettagliato strategia 🟢 (più realistica):

Daily budget:
  Drive 1h × 42 mA          = 42.0 mAh/day
  Sleep 23h × 0.014 mA      =  0.3 mAh/day
  Heartbeats 23 × 5s × 42mA =  1.3 mAh/day
  ─────────────────────────────────────────
  TOTALE                    = 43.6 mAh/day

LiPo 3500 mAh / 43.6 mAh/day = 80 giorni teorici
Con efficienza pratica 70% (charging losses + LiPo aging) = ~56 giorni

⚠️ Stime presuppongono strategia 🟢 con LiPo standalone (no USB). Con USB connessa floor 2.7 mA blocca il deep sleep e dimezza autonomy.

⚠️ Gotcha critico documentato in memoria (feedback_usb_cdc_blocks_deep_sleep): con USB-CDC connessa l’ESP32-S3 NON entra mai sotto ~2.5-2.7 mA. Per misurare il vero 14 µA datasheet → alimentare via LiPo battery senza USB attaccata.

📊 Osservazioni qualitative dal grafico

1. Cicli puliti e ripetibili: 3 cicli identici visibili, periodo ~103s come da sketch
2. Plateau ACTIVE_IDLE/MODEM_SLEEP perfettamente stabile a 28 mA — testimonia ottimo regolatore LDO onboard del XIAO
3. Picchi ACTIVE_FULL a 42-43 mA brevi (~3s) → CPU max ma non era 100% saturata, datasheet 80-100 mA si vedrebbe solo con benchmarks NN o WiFi attivo
4. Plateau LIGHT_SLEEP/DEEP_SLEEP a 2.7-3.0 mA molto stabile — buona indicazione che il chip ESP32-S3 entra correttamente in light sleep, è solo la USB a impedire il vero deep sleep
5. Tensione USB stabile a 5.13V durante tutto il test — l’host Mac eroga senza brown-out anche durante i picchi
6. “Ramp up” sospetto durante quello che dovrebbe essere deep sleep: rampa lineare ~2.7→28 mA in 60s — non è il chip che si sveglia gradualmente, è probabile un artefatto di FNB58 averaging o un comportamento di USB host che prova a sondare il device addormentato
7. Energy budget realistico per Visla v2 bench: 17.59 mA avg consumati anche su un ciclo “ottimistico” 33% active → conferma che per autonomia mesi serve duty cycle <5% active

Dati raw

CSV completo della cattura: test-moduli/xiao-esp32s3-expansion-board/test-power-modes/logs/2026-06-05_fnb_capture.csv (7680 sample originali, 3420 dopo filtro settling).

JSON statistiche: /tmp/xiao-power-stats.json (locale, non checked-in).

Specs tecniche

🧪 Note dal bench Visla

• ✅ $7.49 plug-and-play su Grove Base: bench dev kit più economico per testare ESP32-S3 senza saldare nulla
• ✅ LiPo charging onboard 50mA: niente TP4056 esterno, USB-C plug-and-charge — risparmia PCB design
• ✅ UFL antenna esterna $2.20: con stilo 2.4GHz Seeed range BLE/Wi-Fi >100m
• ✅ 14 µA deep sleep verificato Seeed: comparabile col chip nudo (10 µA), aggiunge solo ~4 µA del regolatore LDO
• ⚠️ Solo 1× UART esposto: per Visla v2 (A7670E modem + MAX-M10S GPS contemporanei) devi usare SoftwareSerial (instabile a >115200) o passare al modulo MINI standalone sul PCB
• ⚠️ Working temp -40°C / +65°C: il chip ESP32-S3 nudo arriva a +85°C ma il board Seeed perde 20°C — per Visla v2 Auto estate italiana sotto sole l’enclosure può superare 65°C (problema)
• ⚠️ Charging 50mA fast vs nRF52840 100mA: tempi ricarica ~2× più lenti per batterie >2000mAh
• ⚠️ NO B2B connector nel XIAO base (Sense variant sì): per stack di add-on board fisso passare a Sense o usare Grove cables
• ⚠️ Antenna ceramica onboard è debole: per qualsiasi range serio (>10m indoor con muri) attiva UFL + stilo esterno
• ⚠️ Modem-sleep 27 mA è ALTO: non assumere “Wi-Fi disabilitato = low power”, devi entrare attivamente in light/deep sleep
• ❌ USB-C 12V uccide: input rated 5V, dare 12V brucia il LDO buck interno (incidente bench Visla v1)

⚠️ Gotchas

• Pin diversi dal chip nudo: il numbering XIAO (D0-D10) NON corrisponde ai GPIO Espressif — usa pin table Seeed
• Reset button è “real reset” ma Boot button NON è collegato a GPIO 0 (è collegato a chip BOOT pin del controller USB) — diverso da DevKitC Espressif
• Lotti pre-Sep 2024 NON hanno pin header — verifica al ricevimento (potresti dover saldare)
• Operating temp 65°C max è limite hard del board, NON del chip — se chip-only design preferire MINI module per Visla v2 Auto outdoor estate
• Sense variant è form factor PIÙ LUNGO (~25×21mm vs 21×17.8) — non drop-in con il base in production PCB
• Plus variant ($16.40) ha B2B connector + microSD + RTC + more memory — production-ready ma costa 2×

🔗 Risorse

• 📖 Seeed XIAO ESP32-S3 Wiki
• 🛒 Seeed XIAO ESP32-S3 $7.49
• 🛒 Seeed XIAO ESP32-S3 Sense (+camera+mic) $13.90
• 🛒 Seeed XIAO ESP32-S3 Plus (production SoM) $16.40
• 🛒 2.4GHz Rod Antenna $2.20
• 🛒 Grove Base for XIAO $4.50
• 📖 Pin map ufficiale XIAO ESP32-S3
• Vedi card → ESP32-S3 chip puro