基于STM32單片機(jī)的電源設(shè)計(jì)

1. STM32 數(shù)據(jù)手冊(cè)電源部分研讀

RTC電源管腳為V BAT, 電源范圍為1.8~3.6V，主要用于RTC時(shí)鐘的供電， RTC在大部分場(chǎng)合用于保存一些重要的參數(shù)，比如在電腦主板上用于保存boss的信息，如果這個(gè)電源丟了將導(dǎo)致無法重啟，在單片機(jī)中低功耗設(shè)備常常也會(huì)使用這個(gè)RTC進(jìn)行定時(shí)的喚醒功能，在普通的MCU中常用于做實(shí)時(shí)時(shí)鐘。

VDD為數(shù)字電源，電源范圍也是1.8~3.6V，在芯片內(nèi)部集成了電壓轉(zhuǎn)化器，一般芯片內(nèi)核供電為1.2V，圖示的Regulator為轉(zhuǎn)換器，將VDD電源穩(wěn)壓至1.2V。數(shù)據(jù)手冊(cè)建議加入11個(gè)100nF和4.7uF的電容，不過實(shí)際應(yīng)用中，只需要每個(gè)VDD加入一個(gè)100nF的去耦電容。

下圖為模擬電源部分，V_DDA的電源用于芯片模擬器件，PLL鎖相環(huán)等供電，還用于ADC和DAC模數(shù)數(shù)模轉(zhuǎn)化器供電，圖示的VREF為ADC和DAC的參考電壓，在一些常用的設(shè)計(jì)中，可將這個(gè)參考電源直接與VREF相連接，但是在一些微弱信號(hào)的模擬電路中，建議接一個(gè)電壓基準(zhǔn)芯片，以確保參考電壓的穩(wěn)定。數(shù)據(jù)手冊(cè)建議VDDA加入一個(gè)10nF和1uF的電容，在這我們使用10uF+100nF的電容，而VREF也是建議使用10nF+1uF，我們還是采用10uF+100nF。

2. TYPE-C 電路設(shè)計(jì)

為了方便供電，我們使用6P的type-c接口，6Pin的type-c只能用于供電，故我們核心板就不作為USB進(jìn)行通訊了。

2.1 USB外殼管腳的處理

連接器的金屬外殼是會(huì)經(jīng)常觸摸的，然而手經(jīng)常會(huì)有靜電(ESD),而靜電為高壓大電流，不能直接連接至板子的GND，否則會(huì)燒壞板子，需要在外殼和板GND之間接一個(gè)大電阻(一般為1M)進(jìn)行隔離。那可以不接嗎?不接也是不行的，因?yàn)榘遄由蠒?huì)有噪聲和干擾，這些都是要泄放到大地的，但是在接口上又需要注意隔離，那么就需要大電阻(1M,通過人體模型來的)進(jìn)行隔離，下圖為最簡(jiǎn)單的處理，從電磁干擾(EMS)角度考慮，板子會(huì)產(chǎn)生高頻的干擾，而這些干擾是要泄放到大地的，這些干擾通過C2電容進(jìn)行泄放，該電容需要采用高耐壓值，因?yàn)橛徐o電，容值要很小，因?yàn)闉V除的是高頻信號(hào)。

2.2 防反接、防倒灌設(shè)計(jì)

為了電源的更加穩(wěn)定，本設(shè)計(jì)加入肖特基二極管用于防反接、防倒灌設(shè)計(jì)。肖特基二極管具有壓降小，開關(guān)速度快，還可以吸收瞬間的浪涌功率等特點(diǎn)，具有以下作用

防反接：當(dāng)usb接口接反時(shí)，不會(huì)有GND->VBUS的電流(雖然采用USB不會(huì)存在這種情況，但是在設(shè)計(jì)時(shí)還是考慮進(jìn)去)

提高LDO的效率：LDO的效率計(jì)算公式為： Vout/Vin，不加二極管時(shí)，大約為 3.3/5=66%, 加了二極管后，為 3.3/4.5=73%

防止電流倒灌：當(dāng)USB斷開時(shí)，此時(shí)USB這邊會(huì)迅速掉電，但是負(fù)載電路由于有儲(chǔ)能電容的存在，并不會(huì)迅速掉電，這就導(dǎo)致了電流會(huì)將流入U(xiǎn)SB，加上肖特基二極管可以防止電流倒灌。

3. LDO RT9193-33電路設(shè)計(jì)

核心板考慮到體積要很小，所以我們采用小封裝的LDO，本設(shè)計(jì)采用RT9193-33 LDO進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于USB的電源比較穩(wěn)定，所以在電源輸入級(jí)的儲(chǔ)能濾波電容可以小點(diǎn)，輸入電源采用先大后小結(jié)構(gòu)，大的用于儲(chǔ)能濾波，小的去除高頻噪聲，輸出電源也采用大小結(jié)構(gòu)，STM32數(shù)據(jù)手冊(cè)說接入至少4.7uF的電容，那么我們這采用10uF的電容，再配一個(gè)去除高頻噪聲的電容即可。為了更加直觀的查看電源是否正常工作，本設(shè)計(jì)在電源輸出端加入了電源指示燈電路。

4. MCU模擬電源π形濾波電路設(shè)計(jì)

因?yàn)榻o模擬電路供電，所以本設(shè)計(jì)采用磁珠進(jìn)行隔離。磁珠具有以下特性:

在低頻時(shí)相當(dāng)于0R電阻

在高頻時(shí)相當(dāng)于電感

等效于電阻和電感串聯(lián)，但電阻值和電感值都隨頻率變化，在高頻段，阻抗由電阻成分構(gòu)成，隨著頻率升高，磁芯的磁導(dǎo)率降低，導(dǎo)致電感的電感量減小，感抗成分減小但是，這時(shí)磁芯的損耗增加，電阻成分增加，導(dǎo)致總的阻抗增加，當(dāng)高頻信號(hào)通過鐵氧體時(shí)，電磁干擾被吸收并轉(zhuǎn)換成熱能的形式耗散掉。

下圖是采用π型濾波，根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)，模擬電源處也要放置至少4.7uF的儲(chǔ)能電容，所以也需要采用大小電容結(jié)構(gòu)。

5. RTC電源濾波電路設(shè)計(jì)

RTC電源處不要太太多的電容，因?yàn)殡娙菀矔?huì)漏電，由于RTC一般用于低功耗場(chǎng)合，一般為uA級(jí)別，但是電容天生就會(huì)漏電，一般也為uA，如果在電源處加入很多電容的話會(huì)導(dǎo)致漏電很嚴(yán)重，增大RTC的功耗，導(dǎo)致使用時(shí)間大大縮短。在平常的設(shè)計(jì)中只需要加入一個(gè)100nF的電容即可。