STM32核心板设计——电源设计

1. STM32 数据手册电源部分研读

RTC电源管脚为V BAT, 电源范围为1.8~3.6V，主要用于RTC时钟的供电， RTC在大部分场合用于保存一些重要的参数，比如在电脑主板上用于保存boss的信息， 如果这个电源丢了将导致无法重启，在单片机中低功耗设备常常也会使用这个RTC进行定时的唤醒功能，在普通的MCU中常用于做实时时钟。

VDD为数字电源，电源范围也是1.8~3.6V，在芯片内部集成了电压转化器，一般芯片内核供电为1.2V，图示的Regulator为转换器，将VDD电源稳压至1.2V。数据手册建议加入11个100nF和4.7uF的电容，不过实际应用中，只需要每个VDD加入一个100nF的去耦电容，

下图为模拟电源部分，V_DDA的电源用于芯片模拟器件，PLL锁相环等供电，还用于ADC和DAC模数数模转化器供电，图示的VREF为ADC和DAC的参考电压，在一些常用的设计中，可将这个参考电源直接与VREF相连接，但是在一些微弱信号的模拟电路中，建议接一个电压基准芯片，以确保参考电压的稳定。数据手册建议VDDA加入一个10nF和1uF的电容， 在这我们使用10uF+100nF的电容，而VREF也是建议使用10nF+1uF，我们还是采用10uF+100nF。

2. TYPE-C电路设计

为了方便供电，我们使用6P的type-c接口，6Pin的type-c只能用于供电，故我们核心板就不作为USB进行通讯了。

2.1 USB外壳管脚的处理

连接器的金属外壳是会经常触摸的， 然而手经常会有静电(ESD),而静电为高压大电流，不能直接连接至板子的GND，否则会烧坏板子，需要在外壳和板GND之间接一个大电阻（一般为1M）进行隔离。那可以不接吗？不接也是不行的， 因为板子上会有噪声和干扰，这些都是要泄放到大地的，但是在接口上又需要注意隔离，那么就需要大电阻(1M,通过人体模型来的)进行隔离，下图为最简单的处理，从电磁干扰(EMS)角度考虑，板子会产生高频的干扰，而这些干扰是要泄放到大地的，这些干扰通过C2电容进行泄放，该电容需要采用高耐压值，因为有静电，容值要很小，因为滤除的是高频信号。

2.2 防反接、防倒灌设计

为了电源的更加稳定，本设计加入肖特基二极管用于防反接、防倒灌设计。肖特基二极管具有压降小，开关速度快，还可以吸收瞬间的浪涌功率等特点，具有以下作用

• 防反接：当usb接口接反时，不会有GND->VBUS的电流(虽然采用USB不会存在这种情况，但是在设计时还是考虑进去)
• 提高LDO的效率：LDO的效率计算公式为： Vout/Vin，不加二极管时，大约为 3.3/5=66%, 加了二极管后，为 3.3/4.5=73%
• 防止电流倒灌：当USB断开时，此时USB这边会迅速掉电，但是负载电路由于有储能电容的存在，并不会迅速掉电，这就导致了电流会将流入USB，加上肖特基二极管可以防止电流倒灌。
  

3. LDO RT9193-33电路设计

核心板考虑到体积要很小，所以我们采用小封装的LDO， 本设计采用RT9193-33 LDO进行设计。由于USB的电源比较稳定， 所以在电源输入级的储能滤波电容可以小点，输入电源采用先大后小结构，大的用于储能滤波，小的去除高频噪声，输出电源也采用大小结构，STM32数据手册说接入至少4.7uF的电容， 那么我们这采用10uF的电容，再配一个去除高频噪声的电容即可。为了更加直观的查看电源是否正常工作， 本设计在电源输出端加入了电源指示灯电路。

4. MCU模拟电源π形滤波电路设计

因为给模拟电路供电，所以本设计采用磁珠进行隔离。磁珠具有以下特性:

• 在低频时相当于0R电阻
• 在高频时相当于电感
• 等效于电阻和电感串联，但电阻值和电感值都随频率变化，在高频段，阻抗由电阻成分构成，随着频率升高，磁芯的磁导率降低，导致电感的电感量减小，感抗成分减小但是，这时磁芯的损耗增加，电阻成分增加，导致总的阻抗增加，当高频信号通过铁氧体时，电磁干扰被吸收并转换成热能的形式耗散掉。

下图是采用π型滤波，根据数据手册，模拟电源处也要放置至少4.7uF的储能电容，所以也需要采用大小电容结构。

5. RTC电源滤波电路设计

RTC电源处不要太太多的电容，因为电容也会漏电，由于RTC一般用于低功耗场合，一般为uA级别，但是电容天生就会漏电，一般也为uA，如果在电源处加入很多电容的话会导致漏电很严重，增大RTC的功耗，导致使用时间大大缩短。在平常的设计中只需要加入一个100nF的电容即可。

5. 数字电源滤波电路设计

数据手册上说要放11个100nF和1个4.7uF的电容，在我们设计中，可以不用放置这么多，有多少个VDD就放置多少个去耦电容即可。

这是目前绘制电源部分的原理图连接: 原理图链接.