STMCU應(yīng)用過程中與電源相關(guān)的案例分享

我們在從事STM32單片機(jī)的應(yīng)用開發(fā)及調(diào)試過程中，往往會(huì)碰到各類異常。其中有不少比例的問題跟電源有關(guān)。對于一個(gè)電子產(chǎn)品而言，電源部分很關(guān)鍵、很重要，但在實(shí)際開發(fā)調(diào)試中，我們偶爾會(huì)有意無意的忽視它。這里分享幾個(gè)實(shí)際案例，以加強(qiáng)刺激，加深印象。

畢竟因?yàn)殡娫磫栴}可能導(dǎo)致的異常很多很多，這里分享幾個(gè)案例算是拋磚引玉，希望大家在調(diào)試中對電源方面加以重視。個(gè)人認(rèn)為，往往電源出問題時(shí)導(dǎo)致的異常時(shí)并不太好分析。多數(shù)時(shí)候異常表現(xiàn)得更為詭異或沒章法。

注：下面提到的案例中異常原因都與電源有關(guān)，但并不是說出現(xiàn)類似異常時(shí)一定是電源的原因。

下面主要分享五個(gè)基于STM32應(yīng)用的案例。

案例1：STM32芯片的PLL無法正常工作。

有人使用STM32F373開發(fā)產(chǎn)品，每次開啟PLL都不能正常運(yùn)行。如果不跑PLL，即運(yùn)行基本HSI或HSE都沒有問題。首先懷疑是軟件配置方面的問題，可是即使使用ST官方的標(biāo)準(zhǔn)庫和CUBE庫中的例程測試也還是有問題。初步確認(rèn)和檢查，供電電源穩(wěn)定，一度懷疑芯片品質(zhì)問題。幾經(jīng)反復(fù)比較測試驗(yàn)證，后來發(fā)現(xiàn)MCU芯片的一個(gè)VDDA腳處于懸空狀態(tài)，可靠接上電源后問題解決。因?yàn)镻LL的正常工作也離不開VDDA的供電。

案例2：ADC功能異常。

某人使用STM32芯片的ADC功能，發(fā)現(xiàn)ADC數(shù)據(jù)完全不對。反復(fù)核對供電、ADC硬件線路、來回驗(yàn)證ADC相關(guān)軟件配置都沒能解決問題，讓人抓狂。后來一個(gè)個(gè)檢查芯片的電源腳的連接情況，竟然發(fā)現(xiàn)VDDA沒有連接電源。

案例3：跟USB主機(jī)的VBUS引腳相連的GPIO容易壞掉。

某客戶反映STM32芯片某管腳使用一陣子后出現(xiàn)電平異常，進(jìn)一步證實(shí)為該管腳壞損。大致使用情況如下面原理圖所示：

STM32芯片從外部USB主機(jī)的VBUS取電。外部VBUS的供電經(jīng)過一個(gè)LDO后再給STM32 MCU供電，同時(shí)，MCU的另外一個(gè)GPIO[PA9]與外部VBUS直接相連。

這個(gè)電路咋看上去貌似沒什么問題。但由于外部VBUS 5v電源先要經(jīng)過LDO再供給MCU，這里就有個(gè)延時(shí)，而GPIO PA9腳則是與VBUS直連。這就導(dǎo)致接上USB插頭的一定時(shí)間內(nèi)，VDD=0v,GPIO PA9的Vin=5v，進(jìn)而出現(xiàn)VIN[5v]> （VDD+4.0v）的狀況，超過了MCU芯片數(shù)據(jù)手冊規(guī)定的相應(yīng)GPIO最大輸入電壓。

所以在開發(fā)調(diào)試過程中，要注意遵守芯片的各個(gè)電源特性參數(shù)。

案例4：從STM32F1系列芯片移植到STM32F4時(shí)功能異常

曾有工程師反映，之前用STM32F1系列芯片好好的，后來因?yàn)楫a(chǎn)品需要，改用STM32F2或STM32F4芯片后，發(fā)現(xiàn)芯片根本不能正常工作，即使最簡單的程序也跑不順暢。后來發(fā)現(xiàn)其中有部分異常情況源于使用者沒有處理VCAP引腳。STM32F1系列芯片沒有外部VCAP引腳，而F2/F4等系列芯片有VCAP腳的，該類腳需外接合適的電容到地，以保證內(nèi)核供電的穩(wěn)定。[部分STM8也有VCAP腳]

案例5：JLINK無法連接STM32目標(biāo)板。

有人使用J-LINK調(diào)試STM32F071芯片的板子，通過JLINK與STM32F071目標(biāo)板進(jìn)行SWD連接，目標(biāo)板已經(jīng)供電。但發(fā)現(xiàn)不論是通過J-FLASH還是MDK，JLINK都沒法與目標(biāo)板連接上。

來回檢查SWD的4根連接線VDD、SWDIO、SWCLK、GND，沒有發(fā)現(xiàn)問題。因擔(dān)心J-LINK驅(qū)動(dòng)版本等問題，建議其使用STLINK進(jìn)行連接，即使用ST官方的STLINK UTILITY軟件工具也無法連接目標(biāo)板。建議客戶核對MCU芯片所有電源及管腳連接情況，最后發(fā)現(xiàn)有個(gè)負(fù)責(zé)給GPIO供電的電源腳VDDIO懸空，將其連接電源后，連接正常。

注：STM32系列中，有些芯片的電源部分，除了有VDD,VDDA、VDD_USB外，還有專門的VDDIO供電腳。本案例中，客戶是從STM32F1系列產(chǎn)品移植過來的，STM32F1系列芯片上是沒有VDDIO電源腳的，所以在移植到STM32F0芯片時(shí)，硬件設(shè)計(jì)時(shí)忽視了這個(gè)VDDIO腳。

順便說下，整體上講，STM32不同系列間移植時(shí)軟硬件的兼容性還是很高的，尤其硬件管腳方面的兼容性。不同系列間相同腳位數(shù)的管腳安排的差異大多體現(xiàn)在與電源相關(guān)的管腳，這點(diǎn)要特別注意。另外提醒下，部分STM8芯片也有這個(gè)VDDIO腳。

案例6：STM32芯片總時(shí)不時(shí)燒掉。

曾經(jīng)有人反映在使用STM32開發(fā)產(chǎn)品中，時(shí)不時(shí)發(fā)現(xiàn)STM32主芯片壞掉。后來幾經(jīng)測試驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)是原來前端的電源供電芯片品質(zhì)不行，一定比例的電源輸出器件輸出異常導(dǎo)致STM32遭殃，進(jìn)而影響整個(gè)產(chǎn)品功能。

我這里簡單羅列以上幾個(gè)案例，權(quán)當(dāng)提醒。這些案例事后在這里寫起來是輕飄飄的幾句話，不過在沒找到原因之前往往并不那么輕松，往往有些可能折騰很久。

總之，在電子產(chǎn)品開發(fā)過程中圍繞電源導(dǎo)致的異?？芍^不勝枚舉，有淺層面點(diǎn)的、也有深層面的。比如上面提到的因?yàn)榛镜碾娫垂苣_或參數(shù)導(dǎo)致異常，折騰數(shù)小時(shí)或數(shù)天找到原因后，往往有種打掉牙往肚里吞的味道，不足為外人道。還有就是些相對深層次點(diǎn)的，比方涉及到音、視頻產(chǎn)品應(yīng)用，尤其夾雜無線模塊時(shí)，整個(gè)電路板的PCB LAYOUT的合理布局，尤其電源布局及走線顯得尤為重要。記得曾經(jīng)有個(gè)客戶，開發(fā)車載音頻產(chǎn)品，帶CD及無線等功能。因?yàn)樵赗ADIO某個(gè)頻點(diǎn)出現(xiàn)較大噪聲無法出貨，前前后后拖了半年多都沒改善，后來通過重新LAYOUT后得以解決。所以對于電子產(chǎn)品的電源部分，電源穩(wěn)定并連接可靠，這是基本要求。對于有些產(chǎn)品還得考慮如何器件布局、信號及電源走線以及如何抗干擾等，并非連通就了事。

審核編輯：湯梓紅