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基于STM32应用的几个电源相关问题的案例分享

  电源电池  

candytang 2017-09-26

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我们在从事STM32单片机的应用开发及调试过程中,其中有不少比例的问题跟电源有关。对于一个电子产品而言,电源部分很关键很重要,但在实际开发调试中,我们偶尔会有意无意的忽视它。这里分享几个实际案例,以加强刺激,加深印象。毕竟因为电源问题可能导致的异常会很多,这里分享案例只能算抛砖引玉,希望大家在调试中对电源方面加以重视。


【注:下面提到的案例中异常原因都与电源有关,但并不能说出现类似异常时一定是电源的原因。】


下面主要分享五个基于STM32应用的案例。


案例1:STM32芯片的PLL无法正常工作。


有人使用STM32F373开发产品,每次开启PLL都不能正常运行。如果不跑PLL,即运行基本HSi或HSE都没有问题。首先怀疑是软件配置方面的问题,可是即使使用ST官方的标准库和CUBE库中的例程测试也还是有问题。初步确认和检查,供电电源稳定,一度怀疑芯片品质问题。几经反复比较测试验证,后来发现MCU芯片的一个VDDA脚处于悬空状态,可靠接上电源后问题解决。


案例2:ADC功能异常。


某人使用STM32芯片的ADC功能,发现ADC数据完全不对。反复核对供电、ADC硬件线路、来回验证ADC相关软件配置都没能解决问题,让人抓狂。后来一个个检查芯片的电源脚的连接情况,竟然发现VDDA没有连接电源。


案例3:JLINK无法连接STM32目标板。


有人使用J-LINK调试STM32F071芯片的板子,通过JLINK与STM32F071目标板进行SWD连接,目标板已经供电。但发现不论是通过J-FLASH还是MDK,JLINK没法与目标板连接上。


来回检查SWD的4根连接线VDD、SWDIO、SWCLK、GND,没有发现问题。因担心J-LINK驱动版本等问题,建议其使用STLINK进行连接,即使用ST官方的STLINK UTILITY软件工具也无法连接目标板。建议客户核对MCU芯片所有电源及管脚连接情况,最后发现有个负责给GPIO供电的电源脚VDDIO悬空,将其连接电源后,连接正常。



注:STM32系列中,有些芯片的电源部分,除了有VDD,VDDA外,还有专门的VDDIO供电脚。本案例中,客户是从STM32F1系列产品移植过来的,STM32F1系列芯片上是没有VDDIO电源脚的,所以在移植到STM32F0芯片时,硬件设计时完全忽视了这个VDDIO脚。


顺便说下,整体上讲,STM32不同系列间移植时,软硬件的兼容性还是很高的,尤其硬件管脚方面的兼容性。不同系列间相同脚位数的管脚安排差异大多体现在与电源相关的管脚,这点要特别注意。


案例4:跟USB主机的VBUS引脚相连的GPIO容易坏掉。


某客户反映STM32芯片某管脚使用一阵子后出现电平异常,进一步证实为该管脚坏损。大致使用情况如下面原理图所示:



STM32芯片从外部USB主机的VBUS取电。外部VBUS的供电经过一个LDO后再给STM32 MCU供电,同时,MCU的另外一个GPIO【PA9】与外部VBUS直接相连。


这个电路咋看上去貌似没什么问题。但由于外部VBUS 5v电源先要经过LDO再供给MCU,这里有个延时,而GPIO PA9脚则是与VBUS直连。这就导致接上USB插头的一定时间内,VDD=0v,GPIO PA9的Vin=5v,进而出现VIN[5v]>VDD+4.0v的状况,超过了MCU芯片数据手册规定的相应GPIO最大输入电压。



所以在开发调试过程中,要注意遵守芯片的各个电源特性参数。


案例5:从STM32F1芯片芯片移植到STM32F4时功能异常


曾有工程师反映,之前用STM32F1系列芯片好好的,后来因为产品需要,改用STM32F2或STM32F4芯片后,发现芯片根本不能正常工作,即使最简单的程序也跑不顺畅。后来发现其中有部分异常情况源于使用者没有处理VCAP引脚。STM32F1系列芯片没有外部VCAP引脚,而F2/F4等系列芯片有VCAP脚的,该类脚需外接合适的电容到地,以保证内核供电的稳定。

 


简单地罗列以上几个案例,权当提醒。每个案例这里写起来就轻飘飘的几句话,不过在没找到原因之前往往并不那么轻松。


其实在电子产品开发过程中围绕电源导致的异常可谓不胜枚举,有浅层面点的、也有深层面的。比如上面提到的因为基本的电源管脚或参数导致异常,折腾数小时或数天找到原因后,往往有种打掉牙往肚里吞的味道,不足为外人道。还有就是些相对深层次点的,比方涉及到音视频产品应用,尤其夹杂无线高频模块时,整个电路板的PCB LAYOUT的合理布局,尤其电源布局及走线显得更为重要。记得曾经有个客户,开发车载音频产品,带CD\RFRADIO等功能,因为在RADIO某个频点出现较大噪声无法出货,前前后后拖了半年多难以改善,后来建议其重新LAYOUT后得以解决。所以对于电子产品的电源部分,电源稳定并连接可靠,这是基本要求。对于有些产品还得考虑如何布局、走线以及如何抗干扰等,并非连通就了事。

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