雅特力AT32F402/F405 PWC 應(yīng)用筆記

PWC簡介

電源控制的功能主要包含以下內(nèi)容

• 供電方案，包括VDD、VDDA的供電
• 電源域，由VDD/VDDA域，1.2V域組成
• 上電低電壓復(fù)位，由上電復(fù)位和低電壓復(fù)位組成
• 電壓監(jiān)測器，監(jiān)測供電電壓與設(shè)定臨界值關(guān)系
• 電壓調(diào)節(jié)器，電壓調(diào)節(jié)器的幾個工作狀態(tài)
• 省電模式，包括睡眠模式、深度睡眠模式、待機模式

圖1. 電源域框圖

PWC基本功能解析

供電方案

一、功能介紹AT32F402/405 MCU的供電主包括VDD、VDDA及VREF幾個部分，其設(shè)計要求如下：

• VDD=2.4~3.6V，為GPIO引腳和內(nèi)部模塊（如電壓調(diào)節(jié)器）供電；
• VDDA=2.4~3.6V，為ADC供電；

圖2. 供電方案圖

供電設(shè)計注意事項：1）不同型號供電方案存在差異，本圖僅適用于AT32F402xx/405xx，其他型號請以實際Datasheet為準(zhǔn)；2）為保障ADC的有效工作，VDDA和VSSA必須與VDD和VSS等電位；3）部分型號VREF未獨立出pin，在芯片內(nèi)部將VREF與VDDA連接在一起，請忽略對應(yīng)部分供電設(shè)計。

二、軟件接口

不涉及。

電源域

一、功能介紹AT32F402/405 MCU的電源根據(jù)作用范圍，可分為VDD/VDDA域，1.2V域兩個部分。VDD/VDDA域VDD域包括I/O電路、省電模式喚醒電路、看門狗WDT、上電/低電壓復(fù)位（POR/LVR）、電壓調(diào)節(jié)器LDO以及除PC13、PC14和PC15之外的所有PAD電路等。VDDA域包括ADC（AD轉(zhuǎn)換器）、溫度傳感器Temp Sensor等。1.2V域1.2V內(nèi)核域包括CPU內(nèi)核、存儲器SRAM、內(nèi)嵌數(shù)字外設(shè)以及時鐘鎖相環(huán)PLL等，其由電壓調(diào)節(jié)器（LDO）供電。

二、軟件接口

不涉及。

上電低電壓復(fù)位

一、功能介紹VDD/VDDA域內(nèi)置一個POR模擬模塊用于產(chǎn)生電源復(fù)位。

• 上電復(fù)位：當(dāng)VDD由0V上升至工作電壓過程中，電源復(fù)位信號在VPOR時刻被上電釋放；
• 低電壓復(fù)位：當(dāng)VDD由工作電壓下降至0V過程中，電源復(fù)位信號在VLVR時刻被低電壓復(fù)位。

上電復(fù)位過程，復(fù)位信號的釋放相較于VDD升壓過程存在一定的時間延遲。同時為避免電源電壓在合理范圍內(nèi)的波動造成芯片誤復(fù)位，上電復(fù)位與低電壓復(fù)位間具有一定遲滯。圖3. 上電/低電壓復(fù)位波形圖

表1. 上電/低電壓復(fù)位特性表

(1) 由綜合評估得出，不在生產(chǎn)中測試；(2) 產(chǎn)品的特性由設(shè)計保證至最小的數(shù)值VLVR；(3) 不同型號產(chǎn)品對應(yīng)的特性參數(shù)存在區(qū)別，本表摘自AT32F402xx/405xx，其他型號請以實際Datasheet為準(zhǔn)。

二、軟件接口

不涉及。

電壓監(jiān)測器

一、功能介紹電壓監(jiān)測器主要用來監(jiān)控供電電源的跳變，以響應(yīng)一些緊急任務(wù)。電壓監(jiān)測器開啟后，PVMOF將會實時的指示VDD與設(shè)定閾值比較的結(jié)果。當(dāng)VDD越過設(shè)定的PVM閾值邊界時，產(chǎn)生的PVMOF位電平變化可以通過外部中斷第16號線產(chǎn)生PVM中斷。圖4. PVM的閾值與輸出

表2. 電壓監(jiān)測電平選擇

(1) 由綜合評估得出，不在生產(chǎn)中測試；(2) 不同型號產(chǎn)品對應(yīng)的特性參數(shù)存在區(qū)別，本表摘自AT32F402xx/405xx，其他型號請以實際Datasheet為準(zhǔn)。

二、軟件接口

電壓監(jiān)測臨界值的選擇，軟件由獨立的函數(shù)接口實現(xiàn)，其軟件實例如下：/*set the threshold voltage to 2.9v*/pwc_pvm_level_select(PWC_PVM_VOLTAGE_2V9);

電壓監(jiān)測功能使能，軟件由單獨的函數(shù)接口實現(xiàn)，其軟件實例如下：

/*enable power voltage monitor*/pwc_power_voltage_monitor_enable(TRUE);

電壓監(jiān)測功能通常需結(jié)合外部中斷使用。故需對外部中斷線 16 進行初始化，其軟件實例如下：

exint_init_type exint_init_struct;/*config the exint line of the power voltage monitor*/exint_init_struct.line_select=EXINT_LINE_16;exint_init_struct.line_enable=TRUE;exint_init_struct.line_mode=EXINT_LINE_INTERRUPUT;exint_init_struct.line_polarity=EXINT_TRIGGER_BOTH_EDGE;exint_init(&exint_init_struct);/*enable power voltage monitor interrupt*/nvic_irq_enable(PVM_IRQn, 0, 0);

注意：

1) 通過電壓監(jiān)測功能來實現(xiàn)的軟件任務(wù)需安排在EXTI_LINE_16的中斷函數(shù)內(nèi)；2) 電源電壓高于臨界值及低于臨界值均具備產(chǎn)生EXTI_LINE_16中斷的能力，應(yīng)用需根據(jù)實際需求，通過EXTI的邊沿檢測配置來過濾掉不期望的中斷事件。

電壓調(diào)節(jié)器

一、功能介紹AT32F402/405 MCU內(nèi)置電壓調(diào)節(jié)器LDO，其主要用于MCU的1.2V域部分的供電。LDO有四個工作模式：正常模式、低功耗模式、額外低功耗模式和關(guān)斷模式。

• 正常模式：用于CPU的正常運行模式、睡眠模式、深度睡眠模式；
• 額外低功耗模式：用于CPU的深度睡眠模式；
• 關(guān)斷模式：用于CPU的待機模式。LDO的輸出為高阻狀態(tài)，內(nèi)核電路的供電切斷，寄存器和SRAM的內(nèi)容將丟失

其中在MCU復(fù)位后LDO保持在正常工作模式狀態(tài)。表3. 深度睡眠模式下的典型電流消耗表(1) 典型值是在TA=25°C下測試得到；(2) 由綜合評估得出，不在生產(chǎn)中測試；(3) 不同型號產(chǎn)品對應(yīng)的特性參數(shù)存在區(qū)別，本表摘自AT32F402xx/405xx，其他型號請以實際Datasheet為準(zhǔn)；(4) 隨工藝徧移可能為典型值的數(shù)倍。用戶還可根據(jù)實際需求調(diào)整AT32F402/405 MCU內(nèi)置電壓調(diào)節(jié)器LDO的輸出電壓來節(jié)省整機功耗。LDO有多種不同的輸出電壓供用戶選擇。選擇不同的輸出電壓時需要遵照如下限定：表4. LDO不同輸出電壓限定電壓調(diào)節(jié)器輸出電壓調(diào)整需要嚴(yán)格按照如下步驟進行：1) 系統(tǒng)時鐘切換至HICK或HEXT2) 修改LDO輸出電壓（PWC_LDOOV寄存器的LDOOVSEL）3) 設(shè)置閃存性能選擇寄存器（FLASH_PSR）4) 設(shè)置PLL相關(guān)寄存器至目標(biāo)頻率，開啟PLL，等待PLL_STBL5) 設(shè)置AHB及APB預(yù)除頻系數(shù)6) 若PLL頻率大于108MHz，打開順滑切換7) 切換系統(tǒng)時鐘至PLL

二、軟件接口

深度睡眠模式下的LDO工作模式選擇，其軟件實例如下：/*congfig the voltage regulator mode*/pwc_voltage_regulate_set(PWC_REGULATOR_EXTRA_LOW_POWER);注意：僅CPU的深度睡眠模式下才可配置LDO的工作模式。

PWC省電模式解析

MCU的工作不可避免的會產(chǎn)生一定的功耗，對于應(yīng)用實際而言，降低功耗的考量十分重要。結(jié)合MCU特性及應(yīng)用條件，以下羅列部分典型降低功耗的方法。

• CPU運行狀態(tài)下，適當(dāng)降低系統(tǒng)時鐘；
• CPU運行狀態(tài)下，關(guān)閉AHB和APB總線上未被使用的外設(shè)時鐘；
• CPU無需運行時，MCU進入省電模式（睡眠模式、深度睡眠模式、待機模式）。

睡眠模式

一、功能介紹在睡眠模式下，CPU時鐘關(guān)閉，其他時鐘保持正常工作，電壓調(diào)節(jié)器正常工作，所有的I/O管腳都保持它們在運行模式時的狀態(tài)，LDO以正常功耗模式提供1.2V電源（CPU內(nèi)核、內(nèi)存和內(nèi)嵌外設(shè)）。Cortex-M4F內(nèi)核設(shè)計控制位SLEEPONEXIT，其功能如下：圖5. SLEEPONEXIT功能說明圖

結(jié)合SLEEPONEXIT位的設(shè)定，MCU支持兩種睡眠機制：

• SLEEPONEXIT=0，執(zhí)行睡眠指令，此時可立即進入睡眠模式；
• SLEEPONEXIT=1，執(zhí)行睡眠指令，此時每當(dāng)系統(tǒng)從最低優(yōu)先級的中斷處理程序中退出時，會立即進入睡眠模式。

睡眠模式進入及退出WFI進入條件：SLEEPDEEP=0，再執(zhí)行WFI命令行；喚醒條件：任意外設(shè)中斷（該外設(shè)的中斷使能位及NVIC使能位均被使能）的響應(yīng)；WFE進入條件：SLEEPDEEP=0，再執(zhí)行WFE命令行；喚醒條件：

• 任意外設(shè)中斷（該外設(shè)的中斷使能位及NVIC使能位均被使能）的響應(yīng)；
• 任意EXINT線（該EXINT線必須配置為事件模式）上產(chǎn)生的喚醒事件；
• SEVONPEND=1，任意外設(shè)中斷（該外設(shè)的NVIC使能位未使能）的產(chǎn)生。在進入睡眠之前要確保外設(shè)中斷掛起位和NVIC通道掛起位均未處于置位狀態(tài)。且此方式喚醒后，軟件需清除外設(shè)中斷掛起位和NVIC通道掛起位。

其中，SLEEPDEEP、SEVONPEND均為Cortex-M4F內(nèi)設(shè)計核控制位。其功能介紹如下（詳細(xì)的說明可參考Cortex-M4F手冊）：圖6. SLEEPDEEP/SEVONPEND功能說明圖

二、軟件接口

睡眠模式的進入由獨立的軟件接口實現(xiàn)，其軟件實例如下：/*enter sleep mode*/pwc_sleep_mode_enter(PWC_SLEEP_ENTER_WFI);注意：1) WFE進入的睡眠模式喚醒所需的時間最短，因為沒有時間損失在中斷的進入或退出上；2) SLEEPONEXIT規(guī)則可結(jié)合WFI或WFE使用，但應(yīng)用設(shè)計時需注意其與喚醒條件的配合；3) 應(yīng)用設(shè)計時不開PWC接口時鐘條件下，執(zhí)行睡眠模式進入函數(shù)同樣會實現(xiàn)CPU暫停并等待中斷或事件的效果，只是其功耗不會被明顯降低。

深度睡眠模式

一、功能介紹在深度睡眠模式下，所有1.2V時鐘關(guān)閉，HICK和HEXT振蕩器都被關(guān)閉，電壓調(diào)節(jié)器以正常工作或低功耗工作狀態(tài)給1.2V域供電，所有I/O管腳都保持它們在運行模式時的狀態(tài)，SRAM和寄存器內(nèi)容保持。深度睡眠模式可與LDO的正常模式、低功耗模式、額外低功耗模式配合使用以進一步節(jié)省功耗。深度睡眠模式進入及退出WFI進入條件：SLEEPDEEP=1，LPSEL=0，再執(zhí)行WFI命令行；喚醒條件：任意EXINT線（該EXINT線需配置為中斷模式且NVIC使能位被使能）上的中斷響應(yīng)。WFE進入條件：SLEEPDEEP=1，LPSEL=0，再執(zhí)行WFE命令行；喚醒條件：任意EXINT線（該EXINT線需配置為事件模式）上產(chǎn)生的喚醒事件。其中，SLEEPDEEP為Cortex-M4F內(nèi)設(shè)計核控制位。相關(guān)介紹請參考3.1.1節(jié)說明。系統(tǒng)從深度睡眠模式退出時，HICK RC振蕩器被自動開啟并在穩(wěn)定后被選為系統(tǒng)時鐘。

二、軟件接口

深度睡眠模式的進入由獨立的軟件接口實現(xiàn)，其軟件實例如下：/*congfig the voltage regulator mode*/pwc_voltage_regulate_set(PWC_REGULATOR_LOW_POWER);/*enter deep sleep mode*/pwc_deep_sleep_mode_enter(PWC_DEEP_SLEEP_ENTER_WFI);注意：1) 退出深度睡眠模式后，HICK RC振蕩器被選為系統(tǒng)時鐘，軟件需根據(jù)需求對系統(tǒng)時鐘重新設(shè)定；2) 退出深度睡眠模式時，LDO會保持正常模式，因此若進深睡眠前配置為了低功耗模式的話，LDO的模式切換需要一定耗時，從而會增加額外的喚醒時間。

待機模式

一、功能介紹待機模式可最大限度的降低系統(tǒng)功耗，在該模式下，電壓調(diào)節(jié)器關(guān)閉，只有電池供電的寄存器和待機電路維持供電，其他的1.2V供電區(qū)域，PLL、HICK和HEXT振蕩器都被斷電。寄存器和SRAM中的內(nèi)容也會丟失。在待機模式下，除了復(fù)位管腳、被設(shè)置為防侵入或校準(zhǔn)輸出時的TAMPER管腳和被使能的喚醒管腳之外，所有的I/O管腳處于高阻態(tài)。待機模式進入及退出進入條件：SLEEPDEEP=1，LPSEL=1，再執(zhí)行WFI/WFE命令行；退出條件：

• WKUP管腳的上升沿；發(fā)生喚醒時會置位SEF、SWEF標(biāo)志
• NRST管腳上外部復(fù)位；發(fā)生復(fù)位時會置位SEF、NRSTF標(biāo)志
• WDT復(fù)位；發(fā)生復(fù)位時會置位SEF、WDTRSTF、NRSTF標(biāo)志
• 實時時鐘事件的上升沿；發(fā)生喚醒時會置位SEF、SWEF、及實時時鐘事件對應(yīng)標(biāo)志實時時鐘事件為ERTC鬧鐘事件、ERTC入侵事件、ERTC時間戳、ERTC周期性自動喚醒事件。

實時時鐘在部分型號為RTC，部分型號為ERTC，部分ERTC型號不支持周期性自動喚醒，部分型號支持雙鬧鐘。且部分型號具備多個WKUP管腳等，這些差異部分請以實際芯片手冊為準(zhǔn)。

二、軟件接口

待機模式的進入由獨立的軟件接口實現(xiàn)，其軟件實例如下：/*enter standby mode*/pwc_standby_mode_enter();用于待機模式喚醒的WKUP管腳使能由獨立的軟件接口實現(xiàn)，其軟件實例如下：/*enable wakeup pin*/pwc_wakeup_pin_enable(PWC_WAKEUP_PIN_1, TRUE);注意：1) SWEF標(biāo)志為待機喚醒事件標(biāo)志，其處于置位狀態(tài)下執(zhí)行進入待機模式命令，會立即產(chǎn)生復(fù)位。故在進入待機模式前，軟件需確保SWEF標(biāo)志已被清除；2) 部分型號具備多個WKUP管腳，具體請以實際芯片手冊為準(zhǔn)3) 實時時鐘在部分型號為RTC，部分型號為ERTC，具體請以實際芯片手冊為準(zhǔn)；4) 部分ERTC型號不支持周期性自動喚醒，部分型號支持雙鬧鐘，具體請以實際芯片手冊為準(zhǔn)。

省電模式特性

一、省電模式電流消耗省電模式下的電流消耗會被明顯降低，Datasheet都有經(jīng)過詳細(xì)測試后的數(shù)據(jù)記錄。如下表示例記錄：表5. 深度睡眠和待機模式下的典型電流消耗表

(1) 典型值是在TA=25°C下測試得到；(2) 由綜合評估得出，不在生產(chǎn)中測試；(3) 睡眠模式下的電流消耗與運行模式間差異不是特別大，本表未做羅列，具體請參考Datasheet；(4) 不同型號產(chǎn)品對應(yīng)的特性參數(shù)存在區(qū)別，本表摘自AT32F402xx/405xx，其他型號請以實際Datasheet為準(zhǔn)；(5) 隨工藝徧移可能為典型值的數(shù)倍。

二、省電模式喚醒時間

省電模式下的喚醒均需要等待及穩(wěn)定時間，Datasheet都有經(jīng)過詳細(xì)測試后的數(shù)據(jù)記錄。如下表記錄：表6. 省電模式的喚醒時間表

(1) 不同型號產(chǎn)品對應(yīng)的特性參數(shù)存在區(qū)別，本表摘自AT32F402xx/405xx，其他型號請以實際Datasheet為準(zhǔn)。