STM32L4 中 STOP2 模式下的漏电流

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judy 发布于:周三, 08/23/2017 - 17:14 ,关键词:

前言

STM32L4 系列,目前是 STM32 超低功耗产品中最强大的一个系列。它还为我们提供了更多的低功耗模式的选择,包括STOP2 模式,包括低至 30nA 的 Shutdown 模式。对于这些模式,我们需要进行深入地了解,才能把它们用好。

问题

某客户在其产品的设计中,使用了 STM32L476RGT6。客户在开发过程中,发现当进入 STOP2 模式后,MCU 的电流保持在179.6uA,远大于数据手册中所描述的值:1.18uA (3V 工作电压 & 室温 & 无 LCD & 无 RTC)。

调研

1.了解问题

首先,我们先确认这个 179.6uA 的电流真实存在,而且只是 MCU 上的电流,不是整机电流。客户并没有使用 LCD,也没有RTC,根据参考手册,在 3V 的供电电压下,这个电流应该是 1.18uA 左右,如下:

STM32L4 中 STOP2 模式下的漏电流

目前所测的这个电流实在是太大了。

2.问题分析

根据代码和现象确认 MCU 已经进入了 STOP2 模式。那么,这个电流是如何产生的呢?初步怀疑是有输出口在对外输出电流。于是,找到电路图,对电路图进行了检查,客户的电路图并不复杂,没有很明显可能会导致往外输出电流的情况。

结合电路图,我们对 I/O 口的状态进行了检测,最后发现 MCU 的一个 I2C 接口上的两根信号线电平为低!这要分成两种情况来看,一是这两个 I/O 口被配置为输入口,那么它是对的,不会产生电流;另一种情况是,它仍然为 I2C 功能的开漏输出口,那么这个情况下将会产生漏电流。所以,需要对代码进行检查。

从电路图上来看,MCU 的 I2C 接口,SCL 和 SDA 两条线直接连接到外部器件,没有上拉电阻。所以,先检查 I/O 配置,这两个口被配置为具有内部上拉的复用开漏功能模式,这是正确的配置,没有问题,使用了内部上拉电阻。但是,我们发现客户在进入 STOP2 模式之前并没有对这两个口的配置进行更改,也就是说,它们仍然保持 I2C 功能的开漏输出结构,带着内部上拉电阻。

但是,如果 I2C 是在空闲状态下进入 STOP2 模式,按道理,它们应该是保持在高电平。为什么两个引脚都是低电平呢?再检查用户代码,发现代码中将数据写入 I2C 进行发送后,就直接进入 STOP2 模式了。问题来了,如果进入 STOP2 模式的时间点上,数据还在发送过程中,此时,若 SCL 和 SDA 都处于低电平的情况下,I2C 外设时钟停止,SCL 和 SDA 的状态将被锁定在输出低电平状态上。我们使用示波器对此情况进行测试,发现确实如此,在进入 STOP2 模式时,I2C 数据还在发送;处于 STOP2 模式中,SCL 和 SDA 保持为输出低电平;从 STOP2 模式唤醒后,I2C 继续把剩下的 bits 发完。

来看一下此时 SCL 和 SDA 的 I/O 配置图:

STM32L4 中 STOP2 模式下的漏电流

到此,这个问题基本就理清楚了:当 I2C 在工作时,并在 SCL 线和 SDA 线上发送低电平时,N-MOS 被打开,电流从VDDIOx 经过上拉电阻流入 I/O 口内部,经过 N-MOS 流入 VSS。若此时进入 STOP 2 模式,由于 Vcore 域的所有时钟停止,导致 I2C 外设时钟停止,那么此 I/O 状态被保持,将导致在 STOP 2 模式下电流持续产生。

STM32L476 的内部上拉电阻为 25~55 kΩ,标称值为 40 kΩ ,3V 的工作电压,两个 I/O 的上的电流大约是3V/40 kΩ * 2= 150uA
因为内部上拉电阻并非就是 40 kΩ,所以我们测得到 179.6uA 就是相当地正常了。

3.问题解决

检查 STM32L476 的参考手册 RM0351,在 STOP2 模式下的描述中,可以看到以下这一段话:

STM32L4 中 STOP2 模式下的漏电流

意思是:所有在 STOP2 模式下不能使用的外设,在进入 STOP2 模式之前,必须在其外设本身清除相应的使能位来进行禁用,或者通过设置相应的位将其恢复到复位状态。

于是,需要对代码进行修改:在进入 STOP2 模式之前,将 I2C 外设进行复位,复位后将 SCL 和 SDA 两根线配置为输入上拉状态。为什么要配置为输入上拉呢?因为此 I2C 在外部上没有上拉电阻连接,需要在 STOP2 模式下保持这两个 I/O 上有确定的电平,以避免其易受电磁干扰和额外的电流消耗。而这两个口工作中又作为 I2C 接口,所以选择上拉电阻而不是下拉电阻。

修正后,再进行测试,可测得在 STOP2 模式下的电流为 1.0uA,与数据手册相符。

结论

由于在进入 STOP2 模式之前没有对 I2C 进行复位及 I/O 口处理,导致在 STOP2 模式中产生了漏电流。

处理

在进入 STOP2 模式下,请确保所有不相关的外设都已经被正确复位或禁用,并配置 I/O 口为相应的正确结构。此种情况还容易发生在使用操作系统的应用中,因为多个任务的调度很容易让使用者在进入 STOP2 模式时忘记对所有的外设进行检测。所以,在进入 STOP2 模式前,请检查一下其他任务的工作情况,是否还有外设在传输数据还没传输完,是的话需要等待其结束,确保所有数据传输完成后,对外设进行复位或禁用,再进入 STOP2 模式。

来源: stmcu.com.cn

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