2023年03月03日 | STM32G0技术详解 _ PWR

这篇文章来简单介绍一下STM32G0的POWER部分。

说到POWER，首先会想到跟低功耗相关的一些内容，所以可以把GO和L4系列做一个对比。

L系列也就是LOW POWER系列，它的低功耗模式是非常多的，一个好的低功耗产品有别于普通的MCU产品，一定是说它有不同的低功耗模式可供选配。

L4有一个stop 2模式，在所有STM32的产品中stop模式基本上基本上都是功耗最低的，执行到stop唤醒之后程序还可以进行下去，其他比stop模式功耗更低的模式，在程序唤醒之后就是reset，不可以再继续往下走。

Stop里面也根据有哪些外设是可以使用的、哪些外设不可以使用分为stop 0、stop 1、stop 2，在L4里有stop 2模式，在STM32里stop 2的功耗除了stop模式，还有standby模式，standby模式比stop模式的功耗更低，但是系统从standby模式唤醒后，整个系统要reset，不会继续执行代码。Standby模式下有一个小的SRAM，可以做数据的保持，在L4的SRAM比较大，它是把SRAM划分成几个SRAM，几个不同的SRAM中只有SRAM2可以做数据的保持，而在G0中所有的SRAM都可以做数据的保持。

PVD和BOR是做电压的检测，BOR是欠压检测，欠压检测就是如果没达到阈值电压的时候，是不能上电的，不能reset；掉电的时候也是这样，掉到阈值电压以下就reset，这是让整个系统更加稳定的功能。PVD就是可编程电压的检测器，可编程的电压不会产生reset，它是产生一个中断，另外可编程就意味着阈值电压是可以遍进去的，所以这是一个比较方便的外设。在L4中，下降和上升阈值必须一起配置，而在G0中，下降和上升阈值可以各自配置。

BOR和PDR周期采样是在G0中才存在的功能。

电源设计

从电源设计的角度，我们看任何一个MCU，都要看它的电源是怎么设计的，尤其是低功耗的时候电源也很重要。

对于这个电源来说，进来的电是VDD，VDD进来之后一部分给数字供电，一部分给模拟供电

，数字部分给数字外设供电，外设供电之后数字有一部分通过电压调节器分出来内核的电压，内核的电压是可以去调节的，其实电压调节器也分好几种——主电压调节器、低功耗电压调节器，不同的电压调节器本质上是说输出给内核的电压是不同的，有可能全输的时候是1.2V的，有可能半输的时候是1.0V的，也有可能低功耗的时候比1.0V还低，电压和整个MCU跑的频率是成正比的，电压越大，MCU整个主频跑的越快；电压越低，主频越小。数字部分还有standby电路的电压，有一个备份域，我们可以看到VBAT，这个的意思就是说可以接电池去给它供电，如果整个系统VDD是有电的话，那就自动通过VDD来供电，当系统的VDD没有电了，这时候有电池，VBAT这个引脚接了电池，就转为电池供电。

G0的模拟比较好的是它有一个VREF buffer，这个buffer的意思是它提供两个内部的参考电压源，这两个参考电压源很精准，一个是2.5V，一个2.48V，可以用做内部模拟器件的参考电压，而且还可以输出用做外部的参考电压。

VDD供电范围是1.7V~3.6V（最低可1.6V，低于该值则会产生Power-down），在存在其他独立电源供电时，VDD必须提供。

VDD供电范围是1.62~3.6V，当使用ADC或COMP时，VDDA的最小供电电压为1.62V；当使用DAC时，VDDA的最小供电电压为1.8V；当时用VREFBUF时，VDDA的最小供电电压为2.4V。

当VDDA<2V时，VREF+=VDDA；当VDDA>2V时，2VVBAT的电压范围为1.55~3.6V，供电范围包括RTC和128字节备份寄存器。

VREF+：ADC和DAC的参考电压，该电压可以由外部参考电压或者内部的电压参考buffer提供，在低引脚数量的封装上不提供VREF+引脚和内部参考电压，此时VREF+与VDDA内部连接到VDD，内部电压参考buffer保持禁用状态。

电源稳压器

对于GO来说，稳压器是由两个部分组成的，一个是主稳压器，另一个是低功耗稳压器。

主稳压器有2个电压范围（Range 1：1.2V，Range 2：1.0V），用于状态电压调整，用在RUN、Sleep和stop 0模式下。

低功耗稳压器用在LP Run、LP Sleep和带SRAM内容保留的stop 1模式。

G0的不同功耗模式

低功耗模式状态机

主要特性

7种低功耗模式带快速唤醒，低至33nA（Shutdown）仍可用I/O唤醒，低至870nA（standby）仍可有36KB RAM保留能力，很多种外设可以从低功耗模式下唤醒MCU。

在运行模式下低至98.3µA/MHz。

VBAT模式依旧可以保持RTC和备份寄存器的内容。

运用优势

高度灵活度使用户可以选择多个低功耗模式，这取决于需要激活哪些外设，性能要求以唤醒源。

增加了电池使用寿命。

由于只有一对VDD/VSS电源对，从而降低了BOM成本。

RUN和LP RUN模式

每一个外设的时钟可以配置为开启ON或关闭OFF，复位后，除了FLASH所有的外设时钟都是关闭的；在RUN模式下，SRAM时钟总是ON开启的。

当从SRAM启动（在RUN或LP RUN 模式下），FLASH闪存可以处于Power-down模式（仅限Low-Power run）；FLASH闪存时钟可以关闭；中断向量必须被重映射到SRAM。

Sleep和LP Sleep模式

内核停止，每个外设的时钟可以被打开或关闭。

通过执行WFI（等待中断）或WFE（等待事件）进入该模式。

2种机制进入该模式：Sleep Now：一旦执行了WFI/WFE事件后，MCU就立刻进入Sleep模式；

Sleep on Exit：一旦退出了最低优先级ISR，MCU就立刻进入Sleep模式，在进入Sleep模式前，栈没有被弹出，在下个中断产生时也不会被压栈，节省运行时间。

由内核Cortex-M0+系统控制寄存器[SLEEPONEXIT]。

Sleep模式：Range 1

LP Sleep

Stop模式

SRAM和所有的外设寄存器保留。

所有的高速时钟停止。

LSE（32.768KHz外部时钟）和LSI（32KHz内部时钟）可以使能。

一些外设能够被激活并且用于从stop模式唤醒。

系统时钟唤醒后是HSI16（2µs唤醒时钟从SRAM启动，5.6µs从FLASH启动）。

Stop 1和stop 2在主稳压器关闭的情况下是等同的，会有一个更小的功耗但是更长的唤醒时间。

Stop 0模式

Stop 1模式

Stop模式对比

Stop 0和stop 1模式最明显的区别就是稳压器不同，也就导致两种模式的功耗有很大区别。

Standby模式

SRAM和寄存器内容默认不会保存（电源稳压器为关闭），但20字节备份寄存器总是保存的。

可以设置为保存36K字节SRAM的内容（默认不保留SRAM的内容，但可配置）。

超低功耗BOR/PDR配置：忽略下降VDD斜率，采用ULP模式周期性监控VDD电压从而降低功耗。

每个I/O口可配置为上拉/下拉，利用PWR_PUCRx/PWR_PDCRx寄存器（x=A,B,……H），当PWR_CR3寄存器中的APC=1时，允许去控制外部器件的输入状态。

唤醒引脚：每个唤醒引脚的极性可配置。

唤醒时钟是HSI16为16MHz。

Standby模式下带SRAM

Standby模式不带SRAM

Shutdown模式

Shutdown模式和standby模式类似，但是没有电源监控，即没有BOR和PDR，供电不能切换到VBAT，如果电压的供电低于1.6V产品的状态不能得到保证，并不能自动切换到VBAT；

没有LSI，没有IWDG。

当从shutdown模式跳出来将产生BOR复位，除了那些在备份域之外的所有的寄存器被复位，产生复位信号。

20字节的备份寄存器。

唤醒源：5个唤醒引脚，RTC。

唤醒时钟为16MHz的HSI。

Shutdown模式

低功耗模式总结

VBAT备份域

备份域包含：RTC由32.768KHz LSE提供，包含2个入侵引脚（tamper pins）；

20字节备份寄存器；

RCC_BDCR寄存器。

当VDD电源关闭和开启时，内部会在VBAT和VDD之间自动切换。

内部连接到ADC通道用于检测电压（VBAT/3）。

VBAT充电：当VDD存在时，允许通过内部电阻对VBAT上的超级电容充电。

VBAT模式

电源监控

除了shutdown模式，在所有的模式下POR和PDR总是使能的，在stop 0/1和standby模式下，它只能在ULPEN比特位设置后周期性的工作。

当BOR_EN选项位使能后，除了shutdown模式，在所有的模式下BOR总是使能的，无论VDD斜率如何，只要MCU供电电压降到所选的阈值以下就能复位，可以通过选项字节BORR_LEV[1:0]和BORF_LEV[1:0]分别对上升沿和下降沿选择4种阈值。

除了standby和shutdown模式，在所有的模式下PVD总是使能的，7个阈值+PVD_IN（Vrefint），对于上升沿或下降沿可独立配置。

PVD的上升阈值PVDRT可以选择使用内部连接的Vrefint，此时PVDFT无效。

欠压BOR复位

与STM32F0相比，G0的POR/PDR之外还存在着一个BOR。

BOR将器件保持在复位状态，直到达到所需的电源电压。

4个BOR阈值，可以独立的配置上升沿和下降沿，为用户提供滞后的灵活性。

电源电压检测

与STM32F0相比，G0的PVD允许用户分别设置上升沿和下降沿的电压阈值，PVD仍然连接到极性可配的EXTI Line，以便执行安全关闭任务（如刹车输入）。