STM32F7X硬件電路設(shè)計(jì)解讀

之前有去寫過ST的F0和F1系列的電路設(shè)計(jì)，其實(shí)對(duì)于ST家的MCU，基礎(chǔ)電路設(shè)計(jì)都差不多一樣，只不過一些高性能的MCU可能會(huì)額外多一些細(xì)節(jié)需要注意，比如像今天要聊的F7一樣。

當(dāng)我們確定項(xiàng)目要使用STM32F7系列的MCU后，拿到芯片規(guī)格書，按照ST規(guī)格書的風(fēng)格，一般都會(huì)在General operation conditicons中羅列出電源軌相關(guān)信息，在規(guī)格書的第109頁的Table 17可以找到這些信息如下。

圖1. STM32F7系列MCU電源軌匯總

從這個(gè)典型工作的電壓范圍的約束值中，可以看出，如果沒有特殊需求的話，所有電源軌使用3.3V供電沒啥問題，剩下就是功耗評(píng)估，然后挑個(gè)適合的電源方案供電了事。同樣功耗信息也在Table 17中有描述，如下圖所示。

圖2. STM32F7系列不同封裝的功耗信息

ST提供了不同封裝的最大功耗值，設(shè)計(jì)可以直接參考評(píng)估，如果算下來感覺沒必要按照最大裕量來考慮供電，那么可以參考規(guī)格書的6.3.7小節(jié) Supply current characteristics中不同模式和不同工作頻率的工作電流情況來評(píng)估，限于該小節(jié)羅列的工作情況較多和篇幅原因，這里就不摘抄放上來，感興趣可以自行翻閱規(guī)格書看該小節(jié)。

當(dāng)然，在做設(shè)計(jì)時(shí)肯定不能真這樣草草了事，上面只是理了電源軌，知道了不同電源軌的供電電壓范圍，對(duì)于不同的應(yīng)用場合，可能會(huì)面對(duì)不同的情況，所以接下來要仔細(xì)看看各個(gè)電源軌的作用，根據(jù)自己的需求針對(duì)性的調(diào)整。

在規(guī)格書的第28頁的3.17小節(jié) Power supply schemes告訴了我們這些電源的相關(guān)細(xì)節(jié)。在該小節(jié)開節(jié)第一句話中，明確的告訴了我們，VDD這個(gè)電源軌除了給IO供電，還給內(nèi)部穩(wěn)壓器供電。

而對(duì)于VDDA、VBAT這兩個(gè)電源軌，從名字上看我們應(yīng)該都很熟悉了，分別是給模擬電源和RTC時(shí)鐘電路供電，功耗都不高，設(shè)計(jì)時(shí)需要特別注意的地方也跟之前一樣，如果設(shè)計(jì)需要用到ADC或DAC，且VDDA跟VDD共用同一個(gè)電源，那么需要注意使用一顆磁珠在VDDA和VDD之間隔離，避免VDD上的數(shù)字噪聲干擾。

對(duì)于VDD/VDDA可以使用到最小值電壓1.7V供電，但是如果使用1.7V給VDDA供電時(shí)，需要特別注意把PDR_ON（power-down reset
）這個(gè)功能給關(guān)掉，關(guān)掉的方法是把PDR_ON這個(gè)引腳直接接到GND，如下圖所示，如果不做該處理的話，芯片一定不能正常工作起來。

當(dāng)然這里的1.7V不是真的就指用1.7V供，是我們常規(guī)的1.8V電源，因?yàn)槎秳?dòng)或者偏差，都容易進(jìn)入到1.7V的邊界，所以使用1.8V電源給VDD/VDDA供電時(shí)一定要把PDR_ON接到GND上。

圖3. STM32F7系列MCU使用1.8V供電時(shí)需要把PDR_ON接到GND上

至于是什么原因，規(guī)格書上也描述很清楚，在第31頁的3.18.2小節(jié) Internal reset OFF的Figure 7，如下，可以看到內(nèi)部監(jiān)視電路在監(jiān)測到VDD電壓上升超過1.7V后，內(nèi)部復(fù)位NRST延時(shí)一段時(shí)間后會(huì)自動(dòng)復(fù)位，然后拉高，如果VDD電壓下降超過1.7V后，NRST會(huì)直接拉低。所以如果使用1.8V給VDD/VDDA供電，不把PDR_ON功能關(guān)掉的話，可能帶來的一個(gè)結(jié)果就是產(chǎn)品研發(fā)階段，板子可能沒問題或者偶爾不穩(wěn)定，到研發(fā)后期做各種壓測時(shí)就開始暴露各種不穩(wěn)定，芯片反復(fù)重啟等，原因就是壓測中可能環(huán)境溫度或者功耗變化導(dǎo)致電壓時(shí)跌到1.7V下，時(shí)上升超過1.7V，所以芯片會(huì)反復(fù)重啟。

圖3. STM32F7系列MCU的PDR工作波形

剛說到VDD會(huì)給芯片內(nèi)部的穩(wěn)壓器供電，STM32F7系列的部分型號(hào)MCU內(nèi)嵌了個(gè)穩(wěn)壓器，這個(gè)穩(wěn)壓器會(huì)生成一個(gè)1.2V的電壓給內(nèi)部電路供電，關(guān)于如何知道哪些型號(hào)帶穩(wěn)壓器我待會(huì)再說，這里先看關(guān)于這個(gè)內(nèi)部穩(wěn)壓器的一些設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。

內(nèi)嵌的穩(wěn)壓器的打開和關(guān)閉是通過BYPASS_REG這個(gè)引腳設(shè)定，當(dāng)BYPASS_REG引腳拉低時(shí)打開內(nèi)部穩(wěn)壓器，當(dāng)BYPASS_REG引腳拉高時(shí)關(guān)閉內(nèi)部穩(wěn)壓器。

**當(dāng)設(shè)置內(nèi)部穩(wěn)壓器打開時(shí)，需要在VCAP_1和VCAP_2這兩個(gè)引腳各并上一個(gè)2.2uF電容。
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當(dāng)設(shè)置內(nèi)部穩(wěn)壓器關(guān)閉時(shí)，需要使用外部1.2V電源接到VCAP_1和VCAP_2這兩個(gè)引腳上，并把2.2uF電容換為0.1uF。 要是把BYPASS_REG引腳拉高了不給VCAP_1和VCAP_2供電的話，芯片也一定工作不了。

圖4. STM32F7系列MCU內(nèi)部穩(wěn)壓器關(guān)閉時(shí)的注意事項(xiàng)

知道了內(nèi)部穩(wěn)壓器打開和關(guān)閉的設(shè)計(jì)要點(diǎn)后，我們可以從規(guī)格書第36頁的Table 4知道對(duì)于STM32F7系列的MCU，哪些封裝支持內(nèi)部穩(wěn)壓器功能，哪些不支持，如下圖所示。

圖5. STM32F7系列MCU內(nèi)部穩(wěn)壓器支持匯總

詳解了VDD/VDDA、內(nèi)部穩(wěn)壓器的電路設(shè)計(jì)后發(fā)現(xiàn)都1.5k的字?jǐn)?shù)了，我們還差VDDSDMMC、VDDDSI、VCAPDSI、VDD12DSI、和VDDUSB沒說。VDDSDMMC是給SD卡的信號(hào)供電的，如果VDD使用1.8V供電，SD卡工作在3.3V電平模式，那么VDDSDMMC是可以使用符合JESD標(biāo)準(zhǔn)的2.7V-3.6V的電壓供電，但需要注意上電時(shí)序問題。

在VDD電壓沒升到VDD的最小閾值1.7V時(shí)，VDDSDMMC不可以提前起來且必須小于VDD電壓，否則的話會(huì)造成芯片的壽命問題，相反，芯片掉電時(shí)，VDDSDMMC在VDD小于1.7V后，VDDSDMMC電壓必須小于VDD電壓，否則也會(huì)造成芯片壽命問題。

同樣對(duì)于VDDUSB的供電也一樣的要求，VDDUSB可以獨(dú)立供電，但必須使用3.0V至3.6V的電壓供電，當(dāng)VDD使用1.8V供電時(shí)，也需要注意上電時(shí)序問題，如下。當(dāng)然，如果VDD跟VDDUSB、VDDSDMMC共用一個(gè)電壓就不用考慮。

圖6. STM32F7系列MCU的VDDUSB上電時(shí)序注意事項(xiàng)

接下來看VDDDSI、VCAPDSI、和VDD12DSI。VDDDSI是給MIPI D-PHY供電的穩(wěn)壓器供電的，規(guī)格書要求必須接到VDD上，按要求接即可，沒啥解釋的。VCAPDSI就是這個(gè)穩(wěn)壓器的輸出，會(huì)輸出一個(gè)1.2V的電壓，規(guī)格書要求接到VDD12DSI上，并且要求在VDD12DSI上放置一個(gè)2.2uF的電容，如果設(shè)計(jì)里不需要用到MIPI接口，那么這個(gè)2.2uF放不放都無所謂。

如果用到MIPI接口，也需要注意對(duì)VSSDSI做隔離，畢竟是高速信號(hào)，VSSDSI是MIPI電路的GND信號(hào)。隔離方法有多種，可以用磁珠隔離，或者Layout單點(diǎn)接地隔離也可以的。

了解完這些電源信號(hào)，接下來就可以根據(jù)需求把電源接上，放上對(duì)應(yīng)的去耦，官方提供了對(duì)應(yīng)的去耦方案在規(guī)格書的第105頁的Figure 24和Figure 25，如下。

圖7. STM32F7系列MCU推薦去耦方案

圖8. STM32F7系列MCU推薦去耦方案