STM32 Cortex 微控制器——电源供电电路详解

STM32 Cortex 微控制器——电源供电电路详解

目录

1. 简介
2. 电源供电电路概述
3. 电源需求分析
   • 电压需求
   • 电流需求
   • 功耗计算
4. 电源供电方案
   • 线性稳压器（LDO）
     • 工作原理
     • 优缺点分析
     • 功耗计算与效率
   • 开关稳压器（DC-DC转换器）
     • 工作原理
     • 优缺点分析
     • 功耗计算与效率
5. 去耦电容的作用与设计
   • 去耦电容的选择
   • 去耦电容的布局
   • 去耦电容的计算
6. 电源滤波设计
   • 滤波器类型
   • 滤波电路设计
7. 电源完整性与EMC考虑
   • 电源完整性分析
   • EMC设计原则
8. 电源电路设计实例
   • 线性稳压器供电电路
   • 开关稳压器供电电路
9. 示例代码及简要解读

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简介

在嵌入式系统设计中，电源供电电路是确保STM32 Cortex微控制器稳定运行的关键。一个可靠的电源设计不仅需要满足微控制器的电压和电流需求，还需考虑效率、热管理和电磁兼容性等因素。本篇文章将详细介绍STM32 Cortex微控制器的电源供电电路，包括电源需求分析、供电方案选择、去耦电容设计、电源滤波、电源完整性与EMC考虑，并提供实际的电路设计实例和计算公式。

电源供电电路概述

STM32 Cortex微控制器通常工作在1.8V、3.3V或5V电压下，具体取决于型号和应用场景。设计电源供电电路时，需要确保提供稳定、低噪声的电压，并满足系统的最大电流需求。

电源需求分析

在设计电源供电电路之前，必须对系统的电源需求进行详细分析，包括电压需求、电流需求和功耗计算。

电压需求

STM32微控制器的核心电压通常为3.3V，有些低功耗型号可能需要1.8V。此外，外设可能需要不同的电压，例如：

• 模拟电路：如ADC/DAC，可能对电源噪声更敏感。
• 外部器件：如传感器、通信模块，可能需要5V或其他电压。

电流需求

总电流需求包括微控制器自身和所有外设的电流消耗。需要根据数据手册和外设规格进行统计。

微控制器电流消耗：

• 运行模式：在最高频率下的电流消耗。
• 休眠模式：低功耗模式下的电流消耗。

功耗计算

总功耗可以通过以下公式计算：

$$P_{total}=V_{cc}\times I_{total}$$

其中：

• $P_{total}$：总功耗（瓦特，W）
• $V_{cc}$：供电电压（伏特，V）
• $I_{total}$：总电流消耗（安培，A）

示例计算：

假设：

• 供电电压 $V_{cc}=3.3V$
• 微控制器电流 $I_{MCU}=50mA$
• 外设电流 $I_{peripherals}=100mA$

则总电流：

$$I_{total}=I_{MCU}+I_{peripherals}=50mA+100mA=$$