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stm8s电源引脚和地引脚串磁珠,对内部RC振荡电路等会有影响吗?

stm8s芯片电源引脚和地引脚串磁珠,对内部RC振荡电路等会有影响么,程序使用内部高速RC?

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京五环以外

2025-8-6 17:45:47

在STM8S芯片的电源(VDD)和地(GND)引脚上直接串联磁珠,对使用内部高速RC振荡器(HIS)作为时钟源的系统很可能产生负面影响,甚至导致系统不稳定或无法工作不建议在这种核心电源路径上串联磁珠。


以下是详细的解释:




  1. 电源内阻增加与电压稳定性降低:



    • 磁珠的核心作用是通过其高频阻抗(表现为电阻R)来吸收特定频率范围内的噪声能量,并将其转化为热量消散。在直流或低频路径上,它表现为一个小的直流电阻(DCR)。

    • 将这个有电阻特性的元件串联在主电源路径上,相当于人为地增加了电源的等效内阻

    • 当芯片内部高速RC振荡器启动、运行,尤其是当CPU内核、外设等工作状态切换导致瞬时电流(Delta I)急剧变化时(例如,从休眠模式唤醒、执行复杂计算、高速通信时),根据公式 Delta V = Delta I * R,这个附加的电阻(主要是磁珠的DCR,但高频阻抗也会在瞬态产生影响)会导致电源引脚上的电压瞬间跌落(Brown-outVoltage Droop)

    • STM8S的内部高速RC振荡器对电源电压的稳定性要求较高。电压的瞬间跌落或纹波过大:

      • 可能导致HIS时钟频率瞬间漂移或不稳定。

      • 在严重情况下,可能触发芯片的欠压复位(BOR),导致芯片复位,程序运行异常或死机。

      • 在临界情况下,可能使振荡器间歇性失效。





  2. 磁珠的频率特性带来的谐振风险:



    • 磁珠的阻抗-频率曲线不是平坦的,它通常在某个特定频率(自谐振频率, SRF)附近达到峰值(最大阻抗)。

    • 如果这个SRF接近内部HIS的工作频率(例如14MHz, 16MHz)或其谐波,磁珠在该频率点附近的阻抗非常高(表现为大电阻或高感抗)。

    • 不但不能有效滤除HIS工作频率的噪声(因为它需要的是低阻抗路径),反而会阻碍芯片在该频率点获取稳定电源。更坏的情况是,如果电路参数匹配不当,磁珠与芯片本身的输入电容或其他分布参数可能形成谐振回路,在HIS频率点附近产生谐振尖峰或塌陷,严重恶化电源质量,直接影响振荡器的稳定性。




  3. 内部高速RC振荡器的供电敏感性:



    • HIS时钟是芯片内部一个精密而敏感的模拟电路模块。它需要非常干净、低噪声、低阻抗的电源才能保证频率精度和稳定性。

    • 核心电源路径上的任何显著阻抗(如串联的磁珠电阻DCR,特别是在电流变化时)都会直接作用于这个敏感模块的电源端,其影响远大于对数字逻辑部分的影响。

    • 内部RC校准机制可能无法完全补偿因电源快速波动带来的频率误差。




  4. 与推荐的电源去耦方案冲突:



    • STM8S数据手册和所有MCU设计指南都强烈推荐在靠近VDD和GND引脚的位置直接放置高质量的陶瓷去耦电容(例如100nF,并辅以一个较大的电解电容如10uF)

    • 这些电容的首要作用就是提供低阻抗的本地储能池,为芯片内核、振荡器等电路在瞬时电流需求激增时提供电荷,抑制电源引脚上的电压纹波和跌落。

    • 在VDD/GND引脚上串联磁珠,相当于在芯片和为其提供“能量补给”的去耦电容之间设置了障碍。这严重削弱了去耦电容的有效性,使得去耦电容无法为芯片瞬态电流变化提供低阻抗回路,大大降低了电源的稳定性。




结论:



  • 强烈不建议在STM8S(以及其他类似MCU)的VDD和GND引脚上直接串联磁珠。

  • 这样做极有可能增加电源噪声、引发电压跌落、干扰内部高速RC振荡器的稳定工作,最终导致程序运行出错、时钟失准、频繁复位甚至系统崩溃。


正确的EMC/电源噪声抑制方法:



  1. 优化去耦网络: 严格遵循数据手册,在靠近芯片VDD/GND引脚处放置足够容值(如0.1uF MLCC)和数量的去耦电容。可考虑多容值并联(如0.1uF + 1uF)。

  2. 良好的PCB布局/布线:

    • 使VDD/GND的走线尽可能短、宽、粗。

    • 提供低阻抗、低电感的电源平面(或大面积铺铜)和地平面。

    • 数字地和模拟地采用合适的单点连接或分区隔离。

    • 远离噪声源(开关电源、电机驱动、高速数字线)。


  3. 电源入口滤波: 如果整个系统的电源噪声较大(如使用了开关电源),可以在板级电源入口处增加LC滤波网络(包括磁珠)。例如:

    • 电源 -> [磁珠] -> [储能电容(如10-100uF)] -> [芯片的去耦电容(0.1uF靠近芯片)]

    • 这样,磁珠在入口处就吸收了大部分外部噪声,而芯片端的电容(特别是靠近芯片的那个)不受磁珠阻碍,能高效地为芯片提供瞬态电流。


  4. 特定噪声源针对性滤波:

    • 如果某条外部I/O线或某个外设是确定的强噪声源,可以考虑在该线路的出口或入口处串联磁珠并加对地电容,进行局部滤波,避免污染整板的电源/地。


  5. 考虑使用线性稳压器: 如果系统对电源质量要求极高或输入电源噪声很大,可以在芯片供电前端使用低噪声的LDO稳压器。


总结: 对于STM8S使用内部高速RC振荡器的情况,在核心电源引脚VDD/GND上直接串联磁珠弊远大于利。务必优先保证电源的低阻抗和稳定性,重点优化去耦电容的放置和PCB布局。如需抑制噪声,应在电源入口或特定噪声路径上进行。

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