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【每日一知识点】STM32上VBAT 管脚上的怪现象

2021-5-6 14:31:27  1275 STM32 stm32f1 VBAT 单片机
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本帖最后由 张飞电子学院蔡琰 于 2021-5-6 14:33 编辑

问题:
某客户工程师在某型号新产品的设计中,使用了 STM32 器件,型号为:STM32F101xxT6。在其设计中, STM32 有两路供电,其中一路的电压为 3.3V,为 VDD 及 VDDA 供电,而另外一路的电压为 3.0V,为 VBAT 供电。两路供电都是由同一个电池的输出电压,分别经过各自的电压转换电路处理而得到的。 其中,3.3V 供电由电源开关控制,而 3.0V 供电则为常通,其电路如图一所示:
4.30-1.png
据其工程师反映,电路的 VBAT 节点处的电压在第一次接通蓄电池时并不是 3.0V,而是 700mV 左右。 而打开电源开关,提供另一路 3.3V 供电后,该节点的电压跳变到 3.0V。而后,无论有无 3.3V 供电, 该节点的电压都能维持在 3.0V 如图二所示。
这一现象对产品的各项功能没有影响,但其工程师想了解 其中缘由,杜绝隐患。
4.30-2.png
调研:
对图一所示电路的开路电压、短路电流、输出电阻及输出端 RC 常数进行计算:
4.30-3.png
于是,图一的电路可以用图三的电路来等效:
4.30-4.png
结论:
由图三可见,该电路存在两点问题:
1.  过大的输出电阻(543K),使得该电路没有足够的驱动能力带动负载
2.  过大的输出电容(56uF),使得该电路的输出电压上升缓慢(30.4S),不利于 MCU 产生上电复位, 同时,也会造成在 VDD 上电时从 VBAT 送出的冲击电流过大
由于以上两点原因,VBAT 没有成功的完成上电过程,而 STM32 的后备域电路也没有被复位,而是停 留在某种紊乱的状态。
在这种状态下,VBAT 的输入电流较大,使得 VBAT 节点处的电压无法继续升高。 当 VDD 上电时,VDD 会通过芯片内部电路,从 VBAT 引脚送出一个瞬间的冲击电流,这一电流帮助 VBAT 节点的电压迅速升高,从而完成 VBAT 的上电过程。于是,芯片的后备域电路被复位,VBAT 的输 入电流下降到了正常的工作电流。从而,既便VDD 被关掉,VBAT 也能维持在正常的工作电压,保证 后备域电路能够正常工作。这一过程正是前面所描述的现象。
处理:
1.  调整分压电阻的参数,使输出电阻降为 100K
2.  将 56uF 电容换成 0.1uF 电容
建议:
虽然在 STM32 的数据手册中给出了 VBAT 的工作电流的参数,即:小于 1uA,但是其中并未给出在后 备域电路被复位之前,VBAT 的输入电流是多少。根据经验,这时需要电源提供的 20uA 以上的电流, 才能保障后备域电路上电复位过程顺利的完成。另外,在 STM32 的参考手册中,讲述了在 VDD 上电的 时候,会有瞬时的冲击电流从 VBAT 管脚送出,但没有明确的说明该电流有多大。因此,在设计 VBAT 的供电电路时,有关该电路的输出电阻的设计,要从两方面考虑:
1.  不能太大。如果太大,则不能满足在 VBAT 上电的过程中,VBAT 的输入电流对电源的带负载能力 的要求
2.  不能太小。如果太小,则不能有效的限制 VDD 上电时从 VBAT 管脚送出的冲击电流,从而损伤芯 片或后备电池,一般来说,该参数可选在 50K - 100K 之间。同样,考虑到会有冲击电流从 VBAT 管脚送出,因而输 出电容的参数也不宜过大。STM32 的数据手册中给出的推荐值是 0.1uF。

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· 2021-5-6 18:01:49
针对问题,分析的很详细 ,跟着蔡琰老师一起学习!

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