4927 subscribers

Микроконтроллеры для начинающих. Часть 36. Подключение питания к микроконтроллеру

1k full reads
2,1k story viewUnique page visitors
1k read the story to the endThat's 47% of the total page views
2,5 minutes — average reading time

Сегодня мы рассмотрим очень просто вопрос - подключение питания к микроконтроллерам. Тем не менее, я счел нужным уделить ему немного внимания.

Питание может быть разными

В общем случае, различные модули входящие в состав микроконтроллера, могут питаться различным напряжением. И требования к источникам их питания могут быть разными.

Например, вычислительное ядро микроконтроллерам может работать при более низком напряжении, чем модули портов ввода-вывода. Аналоговые модули могут отдельное получать питание с малым уровнем помех. Модуль работы с LCD индикаторами может использовать дополнительный источник отрицательного напряжения.

Совсем уж общий случай я не буду рассматривать, ограничусь тем, с чем мы можем встретиться в рассматриваемых нами 8-битных микроконтроллерах. Чаще всего встречаются такие входы питания:

  • Vdd/Vss - просто цепи питания, обычно без уточнения специализации. Хотя иногда дополнительная специализация указывается. Например, для STM8L цепь питания Vdd/Vss используется для главного регулятора напряжения и цифровых портов ввода/вывода. Vdd - положительный вывод питания, Vss - отрицательный (общий, земля).
  • Vcc/GND - аналогично Vdd/Vss, только названия выводов другие. Вообще то, обозначение Vcc должно использоваться для питания коллекторных цепей, а Vdd цепей стоков. Исторически термин Vcc появился раньше, как и биполярные транзисторы.
  • Vdda/Vssa - цепи питания аналоговых модулей микроконтроллера. Зачастую, к стабильности напряжения и уровню помех здесь предъявляются особые требования.
  • Vddio/Vssio - цепи питания модулей цифрового ввода/вывода. И это не только порты ввода/вывода.
  • Vusb - положительный вывод питания USB модуля микроконтроллера. В данной статье я не буду рассматривать эти выводы.
  • Vpp - высокое напряжение, которое используется при программировании микроконтроллера. Не используется при штатной работе микроконтроллера и обычно формируется программатором. Сегодня я не буду касаться вопросов записи в ПЗУ микроконтроллера.
  • Vref, Vref+, Vref- - выводы для подключения источников опорного напряжения. В данной статье я не буду рассматривать эти выводы.

Одноименных выводов питания может быть несколько

Чаще всего у микроконтроллеров бывает несколько выводов Vss/GND. Но может быть несколько выводов и других цепей питания, например, Vddio_1 и Vddio_2.

В этом случае нужно не только обязательно подключать все одноименные выводы питания к источнику, но и обеспечить минимальную разницу потенциалов между ними.

Так для STM8 требует, что бы разница потенциалов одноименных выводов не превышала 50 мВ. проще всего соблюсти это требование соединив выводы прямо в месте установки микросхемы. Если это не возможно и они подключаются к источнику питания разными путями, то разницу потенциалом необходимо отслеживать. Причем не только по постоянному току. Дорожки печатной платы и соединительные проводники обладают индуктивностью и на них могут наводиться помехи. Поэтому возможны пиковые скачки разницы потенциалов.

Это не выведет микросхему из строя, но может привести к сбою. Хуже всего то, что подобные сбои чрезвычайно трудно отлавливать, так как они могут возникать редко и почти всегда непредсказуемо.

Дополнительные выводы цепей питания

В некоторых случаях микроконтроллеры могут иметь дополнительные выводы связанные с цепями питания, но не использующиеся непосредственно для подключения к источникам.

Например, для внутреннего преобразователя, формирующего отрицательное питание для управления LCD индикатором, могут быть предусмотрены выводы подключения внешних конденсаторов.

Но более близким для нас примером служит необходимость подключения внешнего конденсатора к выходу внутреннего главного регулятора напряжения (MVR) в микроконтроллерах STM8. И чуть позже мы этого вопроса коснемся.

Практические примеры питания микроконтроллеров

Начну с самого простого случая, когда у микроконтроллера только два вывода питания. Для примера воспользуемся вот таким микроконтроллером

Микроконтроллеры для начинающих. Часть 36. Подключение питания к микроконтроллеру

Я выделил красным положительный вывод питания, а синим отрицательный. Серым цветом выделен вывод напряжения программирования. Хоть мы сегодня и не касаемся вопросов программирования микроконтроллеров, все замечу, что этот вывод является многофункциональным и может использоваться и при обычной работе микроконтроллера.

Схема подключения микроконтроллера к питанию тоже будет простейшей

Микроконтроллеры для начинающих. Часть 36. Подключение питания к микроконтроллеру

Показанный на схеме конденсатор должен подключаться как можно ближе к выводу микроконтроллера. Функция конденсатора стандартна, как и типична его емкость. Чаще всего используется керамический конденсатор емкостью 0.1 мкФ. Однако это не означает, что емкость должна быть именно такой. Можно использовать и конденсатор большей емкости, и несколько конденсаторов включенных параллельно.

Теперь пример с несколькими одноименными выводами

Микроконтроллеры для начинающих. Часть 36. Подключение питания к микроконтроллеру

Здесь у нас два вывода Vss, которые обязательно должны быть оба подключены. По сравнению с предыдущим случаем схема немного изменилась, но осталась простейшей. Напомню, что обязательно должны быть подключены все выводы питания, в данном случае, Vss.

Микроконтроллеры для начинающих. Часть 36. Подключение питания к микроконтроллеру

Теперь пример посложнее. Давайте посмотрим на ATmega644

Микроконтроллеры для начинающих. Часть 36. Подключение питания к микроконтроллеру

Здесь у нас 4 вывода GND, 3 вывода Vcc и 1 вывод AVcc (выделен зеленым цветом). Вывод AVcc это аналог Vdda. Напряжение на AVcc должно находиться в пределах от Vcc-0.3 до Vcc+0.3. Для питания аналоговых цепей может использоваться как отдельный источник питания, при соблюдении требований в напряжению, так и просто дополнительный фильтр для уменьшения помех. Вот этим последним вариантом и воспользуемся.

Микроконтроллеры для начинающих. Часть 36. Подключение питания к микроконтроллеру

Схема подключения питания стала сложнее, но не намного. Здесь установлены 3 конденсатора в цепи Vcc, по одному для каждого вывода. Так делать не обязательно, но полезно. Вывод Vcc подключен через дополнительный LC фильтр для уменьшения помех.

Обязательно должны быть подключены все выводы питания. Вывод AREF мы пока оставим в стороне, до изучения аналоговых модулей микроконтроллера.

Наконец, самый сложный на сегодня пример. Это STM8S207

Микроконтроллеры для начинающих. Часть 36. Подключение питания к микроконтроллеру

При этом ничего особо сложного здесь тоже нет. Нам все уже знакомо, за исключением вывода VCAP. Это выход внутреннего главного регулятора напряжения (MVR). К нему выводу подключается керамический конденсатор, причем требования к нему довольно жесткие

  • Емкость от 470 до 3300 нФ
  • ESR не более 0.3 Ом
  • ESL (последовательная индуктивность) не более 15 нГн

Схема подключения питания стала еще немного сложнее, но при этом осталась простой

Микроконтроллеры для начинающих. Часть 36. Подключение питания к микроконтроллеру

Заключение

Вот и все на сегодня. Сегодняшняя статья не затрагивала сложных вопросов, но была важной, так как не смотря на простоту небрежность может привести к появлению чрезвычайно сложно отлавливаемых сбоев в работе устройства.

Я сегодня не касался вопросов проектирования цепей питания как таковых. Речь шла лишь о подключении микроконтроллера к этим цепям. Наши практические примеры, которыми мы скоро займемся, не будут особо требовательны к трассировке печатных плат или макетированию. А если какие то особые требования возникнут, я буду обговаривать это отдельно. Но вопросов подключения питания микроконтроллера в целом касаться больше не буду. Они рассмотрены сегодня.

До новых встреч!