【3】STM32硬件设计问题解答

STM32STM32硬件设计问题解答硬件设计问题解答2009年STMCU巡回演讲北京、深圳、上海、台北、青岛、重庆、南京、哈尔滨、武汉、福州、西安2STMicroelectronicsSept.14~25,2009内容一览内容一览™如何保证ADC精度™VDD与VDDA的处理™如何达到昀优功耗水准™如何保证RTC精度™复位电路™SWJ调试电路™Q&A3STMicroelectronicsSept.14~25,2009STM32的ADCSTM32的ADC™共有昀多3个ADC模块，昀多21个ADC输入通道™特性¾12位分辨率¾自校准¾转换结束，注入转换结束和发生模拟看门狗事件时产生中断¾带内嵌数据一致的数据对齐¾非常丰富的操作模式¾双重模式(带2个或以上ADC的器件)¾ADC转换时间：‰1μs：ADC时钟为14MHz时达到昀快‰14个时钟周期，转换周期可调：14、20、26、41、54、68、84、252¾ADC供电要求：2.4V~3.6V¾ADC输入范围：VREF-≤VIN≤VREF+¾规则通道转换期间有DMA请求产生¾模拟看门狗4STMicroelectronicsSept.14~25,2009ADC输入通道映射ADC输入通道映射ADC1ADC2ADC3通道0PA0PA0PA0通道1PA1PA1PA1通道2PA2PA2PA2通道3PA3PA3PA3通道4PA4PA4PF6通道5PA5PA5PF7通道6PA6PA6PF8通道7PA7PA7PF9通道8PB0PB0PF10通道9PB1PB1通道10PC0PC0PC0通道11PC1PC1PC1通道12PC2PC2PC2通道13PC3PC3PC3通道14PC4PC4通道15PC5PC55STMicroelectronicsSept.14~25,2009™单次转换模式：转换一次则停止™连续转换模式：转换完一次后即开始下一次转换™扫描模式：扫描一组模拟通道™间断模式：每触发一次，转换序列中n个通道¾例如n=2：™多种触发方式：¾软件触发、外部触发、定时器触发等STM32ADC操作模式STM32ADC操作模式通道x通道x通道x通道x……通道1通道2通道3通道n……通道1通道2通道3通道4通道6通道5通道y通道x采样阶段采样阶段转换阶段转换阶段6STMicroelectronicsSept.14~25,2009STM32的双ADC操作模式STM32的双ADC操作模式™同步模式：以转换通道0~通道15为例：™快速交替模式：在一个通道上以连续方式的快速交替模式™慢速交替模式：在一个通道上以连续方式的快速交替模式™交替触发模式：通道0通道1通道2通道15……通道15通道14通道13通道0……通道3通道12ADC1ADC2通道x通道x通道x通道x……通道x通道x通道x通道x……ADC1ADC2通道x通道x通道x……通道x通道x通道x……ADC1ADC2通道a通道b通道c……通道x通道z通道y……ADC1ADC27STMicroelectronicsSept.14~25,2009ADC的误差种类ADC的误差种类12675431234567EO(2)ELET(1)(3)EGED1LSBIDEAL40954094409340934094409540961LSBIDEAL=VREF+(orVDDAdependingonpackage)40964096(1)理想ADC转换曲线(2)实际ADC转换曲线(3)实际ADC两终点连线ET总误差：实际ADC转换曲线与理想曲线间的昀大偏离EO偏移误差：实际转换曲线上第一次跃迁与理想曲线中第一次跃迁之差EG增益误差：实际转换曲线上昀后一次跃迁与理想曲线中昀后一次跃迁之差ED微分线性误差：实际转换曲线上步距与理想步距(1LSB)之差EL积分线性误差：实际转换曲线与终点曲线间昀大偏离8STMicroelectronicsSept.14~25,2009消除影响ADC精度的因素(1/4)消除影响ADC精度的因素(1/4)™ADC模块自身的误差¾积分线性误差(ILE)和微分线性误差(DLE)依赖于ADC模块的设计，校准它们是困难的。进行多次转换再做平均可以减小它们的影响。¾偏移和增益误差可以简单地使用ADC模块的自校准功能补偿。™电源噪声，尤其是开关电源(SMPS)的高频噪声¾线性稳压器具有较好的输出。强烈建议在整流输出端连接滤波电容。¾如果使用开关型电源，建议使用一个线性稳压器为模拟部分供电。¾建议在电源线和地线之间连接具有良好高频特性的电容，即在靠近电源一端应放置一个0.1μF和一个1~10μF的电容。¾每一对VDD和VSS管脚都需要使用单独的去藕电容。¾VDDA管脚必须连接到2个外部的去藕电容器(10nF瓷介电容+1μF的钽电容或瓷介电容)¾对于100脚和144脚封装的产品，可以在VREF+上连接一个外部的ADC的参考输入电压，从而改善对输入低电压的精度9STMicroelectronicsSept.14~25,2009™100脚和144脚封装的电源和参考电压去藕电路™36脚、48脚和64脚封装的电源和参考电压去藕电路消除影响ADC精度的因素(2/4)消除影响ADC精度的因素(2/4)10nF瓷介电容+1μF的钽电容或瓷介电容应在物理上尽可能地靠近应在物理上尽可能地靠近STM32STM32芯片引脚芯片引脚10STMicroelectronicsSept.14~25,2009消除影响ADC精度的因素(3/4)消除影响ADC精度的因素(3/4)™电源输出不稳，随负载变化¾ADC模块使用VREF+或VDDA作为模拟参考，数字数值的输出是这个参考电压与模拟输入信号的比值，VREF+必须在各种负载情况下保持稳定。¾可以使用诸如LM236作为VREF+的参考电压，这是一个2.5V的电压参考二极管™模拟输入信号的噪声¾平均值方法：适合处理不频繁变化的模拟输入信号¾增加一个外部滤波器消除高频噪声™将昀大的信号幅度与ADC动态范围匹配¾选择参考电压(仅适合于具有VREF+引脚的产品)¾使用一个外部的前级放大器™I/O引脚间的串扰(临近数字信号的翻转)¾模拟信号线的周围布置地线产生屏蔽，能有效地减小串扰干扰噪声11STMicroelectronicsSept.14~25,2009STM32消除影响ADC精度的因素(4/4)消除影响ADC精度的因素(4/4)™模拟信号源阻抗的影响™信号源的容抗与PCB分布电容的影响™注入电流的影响RAINAINxCAIN+CP信号源VSSA注入电流VAINVSSRADCCADCVSSAfADC=14MHz信号源的阻抗TS(cycles)TS(μs)RAINmax(kΩ)1.50.111.27.50.541013.50.961928.52.044141.52.966055.53.968071.55.11104239.517.135012STMicroelectronicsSept.14~25,2009PCB的设计建议PCB的设计建议™分隔模拟与数字部分的布置™分隔模拟与数字部分的供电™使用不同的PCB层安排供电和地线13STMicroelectronicsSept.14~25,2009内容一览内容一览™如何保证ADC精度™VDD与VDDA的处理™如何达到昀优功耗水准™如何获得高精度的RTC™复位电路™SWJ调试电路™Q&A14STMicroelectronicsSept.14~25,2009供电引脚供电引脚™STM32共有7种封装规格，共有多组VDD/VSS引脚，以及一组VDDA/VSSA引脚™尽管所有VDD和所有VSS在内部相连，在芯片外部仍然需要连接上所有的VDD和VSS¾因为导线较细，内部连接负载能力较差，抗干扰的能力也较差，如果漏接VDD或VSS，容易造成内部线路损坏，同时抗干扰能力下降不同封装的VDD/VSS数目QFN363LQFP483LQFP644LQFP100/BGA1005LQFP144/BGA1441115STMicroelectronicsSept.14~25,2009VDD与VSS的去藕电容VDD与VSS的去藕电容™每对VDD与VSS都必须在尽可能靠近芯片处分别放置一个10nF~100nF的高频瓷介电容™在靠近VDD3和VSS3的地方放置一个4.7μF~10μF的钽电容或瓷介电容VDD过孔VSS过孔典型的VDD/VSS对的连接实例16STMicroelectronicsSept.14~25,2009VDD与VDDA的关系VDD与VDDA的关系™VDDA为所有的模拟电路部分供电，包括：¾ADC模块，复位电路，PVD(可编程电压监测器)，PLL，上电复位(POR)和掉电复位(PDR)模块，控制VBAT切换的开关等™即使不使用ADC功能，也需要连接VDDA™强烈建议VDD和VDDA使用同一个电源供电™VDD与VDDA之间的电压差不能超过300mV¾VDD与VDDA应该同时上电或调电17STMicroelectronicsSept.14~25,2009供电方案供电方案144脚封装的供电方案供电开关模拟电路：RC振荡器，PLL，PVD，复位电路等1.8V区域18STMicroelectronicsSept.14~25,2009内容一览内容一览™如何保证ADC精度™VDD与VDDA的处理™如何达到昀优功耗水准™如何获得高精度的RTC™复位电路™SWJ调试电路™Q&A19STMicroelectronicsSept.14~25,2009低功耗模式低功耗模式模式进入唤醒对1.8V区域时钟的影响对VDD区域时钟的影响电压调节器睡眠WFI任一中断关闭CPU时钟，但对其他时钟和ADC时钟无影响程序停止运行但保持SRAM和寄存器内容无开WFE唤醒事件停机PDDS和LPDS位+SLEEPDEEP位+WFI或WFE任一外部中断(在外部中断寄存器中设置)关闭所有1.8V区域的时钟程序停止运行且SRAM和寄存器内容丢失HSI和HSE的振荡器关闭开启或处于低功耗模式待机PDDS位+SLEEPDEEP位+WFI或WFEWKUP引脚的上升沿、RTC闹钟事件、NRST引脚上的外部复位、IWDG复位关20STMicroelectronicsSept.14~25,2009I/O引脚的处理I/O引脚的处理™如果需要减小I/O端口的电流消耗，可以根据具体情况配置I/O端口的状态：¾输入端口Æ配置为浮空输入¾带外部上拉的输出端口Æ配置为推挽输出并输出’1’¾带外部下拉的输出端口Æ配置为推挽输出并输出’0’¾未用的悬空端口Æ配置为推挽输出并输出’1’™未用的内部外设：¾保持为关闭和默认的复位状态：‰不要进行重映射‰复位寄存器RCC_APB1RSTR和RCC_APB2RSTR¾关闭对应的时钟‰时钟使能寄存器：RCC_AHBENR、RCC_APB2ENR和RCC_APB1ENR21STMicroelectronicsSept.14~25,2009进入SLEEP模式的省电操作进入SLEEP模式的省电操作™为了降低系统功耗，进入SLEEP模式时，执行如下操作流程：¾关闭无需等待中断或事件的外设时钟；¾设置进入机制(Sleep-Now或Sleep-on-Exit)；¾设置系统进入SLEEP模式。™退出睡眠模式的方式：¾WFI(等待中断)‰可由任一外设中断触发¾WFE(等待事件)‰可由任一外设事件触发22STMicroelectronicsSept.14~25,2009™为了降低系统功耗，进入STOP模式的操作流程：¾关闭设置为普通IO功能的GPIO口时钟；¾关闭已开启时钟的外设的使能位(尤其是ADC、DAC、USB等带模拟模块的外设)；¾关闭已开启时钟的外设的时钟；¾关闭预取缓冲区，并将Flash等待周期置为0；¾设置PWR_CR中LPDS位选择电压调节器的模式：‰正常模式：电压调节器处于正常供电状态；‰低功耗模式：可降低电压调节器自身的功耗，–将MCU从STOP模式唤醒的时间有所增加；¾设置系统进入STOP模式。进入STOP省电模式的操作进入STOP省电模式的操作23STMicroele