STM32F7X硬件電路設計解讀

之前有去寫過ST的F0和F1系列的電路設計，其實對于ST家的MCU，基礎電路設計都差不多一樣，只不過一些高性能的MCU可能會額外多一些細節需要注意，比如像今天要聊的F7一樣。

當我們確定項目要使用STM32F7系列的MCU后，拿到芯片規格書，按照ST規格書的風格，一般都會在General operation conditicons中羅列出電源軌相關信息，在規格書的第109頁的Table 17可以找到這些信息如下。

圖1. STM32F7系列MCU電源軌匯總

從這個典型工作的電壓范圍的約束值中，可以看出，如果沒有特殊需求的話，所有電源軌使用3.3V供電沒啥問題，剩下就是功耗評估，然后挑個適合的電源方案供電了事。同樣功耗信息也在Table 17中有描述，如下圖所示。

圖2. STM32F7系列不同封裝的功耗信息

ST提供了不同封裝的最大功耗值，設計可以直接參考評估，如果算下來感覺沒必要按照最大裕量來考慮供電，那么可以參考規格書的6.3.7小節 Supply current characteristics中不同模式和不同工作頻率的工作電流情況來評估，限于該小節羅列的工作情況較多和篇幅原因，這里就不摘抄放上來，感興趣可以自行翻閱規格書看該小節。

當然，在做設計時肯定不能真這樣草草了事，上面只是理了電源軌，知道了不同電源軌的供電電壓范圍，對于不同的應用場合，可能會面對不同的情況，所以接下來要仔細看看各個電源軌的作用，根據自己的需求針對性的調整。

在規格書的第28頁的3.17小節 Power supply schemes告訴了我們這些電源的相關細節。在該小節開節第一句話中，明確的告訴了我們，VDD這個電源軌除了給IO供電，還給內部穩壓器供電。

而對于VDDA、VBAT這兩個電源軌，從名字上看我們應該都很熟悉了，分別是給模擬電源和RTC時鐘電路供電，功耗都不高，設計時需要特別注意的地方也跟之前一樣，如果設計需要用到ADC或DAC，且VDDA跟VDD共用同一個電源，那么需要注意使用一顆磁珠在VDDA和VDD之間隔離，避免VDD上的數字噪聲干擾。

對于VDD/VDDA可以使用到最小值電壓1.7V供電，但是如果使用1.7V給VDDA供電時，需要特別注意把PDR_ON（power-down reset
）這個功能給關掉，關掉的方法是把PDR_ON這個引腳直接接到GND，如下圖所示，如果不做該處理的話，芯片一定不能正常工作起來。

當然這里的1.7V不是真的就指用1.7V供，是我們常規的1.8V電源，因為抖動或者偏差，都容易進入到1.7V的邊界，所以使用1.8V電源給VDD/VDDA供電時一定要把PDR_ON接到GND上。

圖3. STM32F7系列MCU使用1.8V供電時需要把PDR_ON接到GND上

至于是什么原因，規格書上也描述很清楚，在第31頁的3.18.2小節 Internal reset OFF的Figure 7，如下，可以看到內部監視電路在監測到VDD電壓上升超過1.7V后，內部復位NRST延時一段時間后會自動復位，然后拉高，如果VDD電壓下降超過1.7V后，NRST會直接拉低。所以如果使用1.8V給VDD/VDDA供電，不把PDR_ON功能關掉的話，可能帶來的一個結果就是產品研發階段，板子可能沒問題或者偶爾不穩定，到研發后期做各種壓測時就開始暴露各種不穩定，芯片反復重啟等，原因就是壓測中可能環境溫度或者功耗變化導致電壓時跌到1.7V下，時上升超過1.7V，所以芯片會反復重啟。

圖3. STM32F7系列MCU的PDR工作波形

剛說到VDD會給芯片內部的穩壓器供電，STM32F7系列的部分型號MCU內嵌了個穩壓器，這個穩壓器會生成一個1.2V的電壓給內部電路供電，關于如何知道哪些型號帶穩壓器我待會再說，這里先看關于這個內部穩壓器的一些設計注意事項。

內嵌的穩壓器的打開和關閉是通過BYPASS_REG這個引腳設定，當BYPASS_REG引腳拉低時打開內部穩壓器，當BYPASS_REG引腳拉高時關閉內部穩壓器。

**當設置內部穩壓器打開時，需要在VCAP_1和VCAP_2這兩個引腳各并上一個2.2uF電容。
**

當設置內部穩壓器關閉時，需要使用外部1.2V電源接到VCAP_1和VCAP_2這兩個引腳上，并把2.2uF電容換為0.1uF。 要是把BYPASS_REG引腳拉高了不給VCAP_1和VCAP_2供電的話，芯片也一定工作不了。

圖4. STM32F7系列MCU內部穩壓器關閉時的注意事項

知道了內部穩壓器打開和關閉的設計要點后，我們可以從規格書第36頁的Table 4知道對于STM32F7系列的MCU，哪些封裝支持內部穩壓器功能，哪些不支持，如下圖所示。

圖5. STM32F7系列MCU內部穩壓器支持匯總

詳解了VDD/VDDA、內部穩壓器的電路設計后發現都1.5k的字數了，我們還差VDDSDMMC、VDDDSI、VCAPDSI、VDD12DSI、和VDDUSB沒說。VDDSDMMC是給SD卡的信號供電的，如果VDD使用1.8V供電，SD卡工作在3.3V電平模式，那么VDDSDMMC是可以使用符合JESD標準的2.7V-3.6V的電壓供電，但需要注意上電時序問題。

在VDD電壓沒升到VDD的最小閾值1.7V時，VDDSDMMC不可以提前起來且必須小于VDD電壓，否則的話會造成芯片的壽命問題，相反，芯片掉電時，VDDSDMMC在VDD小于1.7V后，VDDSDMMC電壓必須小于VDD電壓，否則也會造成芯片壽命問題。

同樣對于VDDUSB的供電也一樣的要求，VDDUSB可以獨立供電，但必須使用3.0V至3.6V的電壓供電，當VDD使用1.8V供電時，也需要注意上電時序問題，如下。當然，如果VDD跟VDDUSB、VDDSDMMC共用一個電壓就不用考慮。

圖6. STM32F7系列MCU的VDDUSB上電時序注意事項

接下來看VDDDSI、VCAPDSI、和VDD12DSI。VDDDSI是給MIPI D-PHY供電的穩壓器供電的，規格書要求必須接到VDD上，按要求接即可，沒啥解釋的。VCAPDSI就是這個穩壓器的輸出，會輸出一個1.2V的電壓，規格書要求接到VDD12DSI上，并且要求在VDD12DSI上放置一個2.2uF的電容，如果設計里不需要用到MIPI接口，那么這個2.2uF放不放都無所謂。

如果用到MIPI接口，也需要注意對VSSDSI做隔離，畢竟是高速信號，VSSDSI是MIPI電路的GND信號。隔離方法有多種，可以用磁珠隔離，或者Layout單點接地隔離也可以的。

了解完這些電源信號，接下來就可以根據需求把電源接上，放上對應的去耦，官方提供了對應的去耦方案在規格書的第105頁的Figure 24和Figure 25，如下。

圖7. STM32F7系列MCU推薦去耦方案

圖8. STM32F7系列MCU推薦去耦方案