From Zero To Hero | 电源管理及低功耗设计要点

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【From Zero To Hero】专栏开刊词

STM32服务号上线有两个月了，非常感谢大家的关注。我们在为大家提供产品资讯、技术内容以外，还想通过这个窗口为初级工程师解读普适性的技术要点，以帮助大家更快更好地了解产品、实现设计。

专栏特邀工程师采写，以用户的角度解读STM32。那么，初级工程师如何实现From Zero To Hero？我们将从以下三个维度助你提升自己的设计能力。

• STM32学习笔记：来自工程师的学习点滴，帮你绕过初学者的坑；

• STM32实际案例：讲解简单项目案例，让你有点实操手感；

• STM32综合项目：以小型项目设计来推演技术方案，学一些工程师设计思维。

今天是第一篇分享，《STM32学习笔记》之电源管理及低功耗设计要点。

一款好的电子产品，都需要认真考虑电源管理的问题，电池供电的产品更应该注意低功耗的实现。 

STM32电源介绍

每一块STM32芯片中都有一个电源控制器（PWR），不同系列的STM32有相似，也有差异。

1.电压
绝大部分STM32的电压要求介于 1.8 V 到 3.6 V 之间，嵌入式线性调压器用于提供内部 1.2 V 数字电源。
2.类型

STM32的电源通常分为三类：数字电源、模拟电源、备份电源。
数字电源：VDD也是其主电源，主要用于数字部分；
模拟电源：VDDA用于模拟部分的电源，比如ADC，这样可以单独滤波并屏蔽 PCB 上的噪声。
备份电源：VBAT用于备份区域的电源，比如RTC、备份SRAM等，一旦主电源断开，VBAT可以为这些区域提供电源。

▲ STM32F4备份域

3.调压器

多数STM32都有电源调节器（有些型号没有），为备份域和待机电路以外的所有数字电路供电，调压器输出电压约为 1.2 V。
运行模式：调压器为 1.2 V 域（内核、存储器和数字外设）提供全功率。

停止模式：调压器为 1.2 V 域提供低功率，保留寄存器和内部 SRAM 中的内容。

待机模式：调压器掉电。除待机电路和备份域外，寄存器和 SRAM 的内容都将丢失。

STM32的低功耗模式

STM32的工作模式通常可分为4类：运行模式、睡眠模式、停止模式、待机模式。根据STM32类型不同，可将工作模式进一步划分。比如STM32L低功耗系列，睡眠模式可进一步划分为：普通睡眠模式和低功耗睡眠模式。

• 以STM32F4为例：

• 运行模式：默认进入该模式；

• 睡眠模式：内核停止，外设保持运行

• 停止模式：所有时钟都停止

• 待机模式：1.2 V 域断电

▲ STM32睡眠/停止/待机模式图解

STM32低功耗设计要点

STM32低功耗通常会结合项目实际情况，以及应用场景来进行针对性设计。以下面几个案例来进行说明。

案例一：有工程师提到：STM32F103 进入STOP 模式后无法通过串口唤醒 ？

分析原因：这位工程师对低功耗唤醒机制理解有误：STM32进入 STOP 模式后不能直接通过 UART 等中断外设唤醒， 只能通过 EXTI 外部中断方式唤醒。

解决办法：我们可以在 MCU 进入 STOP 前将 RX 脚设为 EXTI 模式，并使能对应的中断来实现。

案例二：有工程师提到：STM32F051进入低功耗之后，实际功耗远大于理想功耗。

分析原因：造成问题的原因可能是工程师通过直接调用“停止模式”，进入低功耗，但部分IO外部有上拉电阻，进入低功耗之前未做调整，导致功耗偏大。

解决办法：进入低功耗之前，对使用和未使用IO状态进行调整。比如有外部上拉，可配置成模拟输入等。

案例三：有工程师提到：通过按键唤醒STM32F103，串口不能正常工作？

分析原因：经分析发现，开发者进入的低功耗模式为待机模式，唤醒之后，未初始化串口外设，导致串口不能正常工作。在待机模式下，所有外设都关闭，意味着所有外设配置都为默认值。

解决办法：唤醒STM32之后，重新初始化串口（以及所有使用的）外设。

复盘一下

▼电源基础知识：需要掌握电源电压、类型、调节器；▼低功耗模式：有四种，运行模式、睡眠模式、停止模式、待机模式▼低功耗设计要点：避免因基础原理导致的错误。

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