STM32的Vcap的问题及解决---原来经验也害人

huaiqiao

STM32的Vcap的问题及解决---原来经验也害人 [复制链接]

 

前言
      我有个同事，经常也是设计电路这些的，像stm32f1，stm32f4这些的电路经常在设计，算是经验丰富吧。但是这次有个案子（平台：MDK+STM32F405RGT6（LQFP64封装）），他也参与了改版V2版(之前那个版本是别人设计的，称之为V1版，其实主要就是改原理图后lay板)。当时，改版完成后，审图的时候并没有仔细看CPU电路，以为和之前的电路一样（之前的CPU电路是完全OK的）。所以，板子就去打板了。。。。因为板子上还有其他模块被改，所以板子打回来我们就焊接了几pcs，在确定板子焊接没问题之后，插上仿真器结果发现板子根本识别不到仿真器（Jlink仿真和STLINK仿真都识别不到）。而且数显的Power supply的电流显示100度mA，CPU表面微微发烫。




对比V1版电路图和V2版电路图，就CPU电路部分而言：V2版的VCAP_1和VCAP_2都接地了。
查看相关手册，觉得这个问题（仿真器不识别），是由VCAP_1和VCAP_2接地引起的。
所以用解焊CPU的31引脚（VCAP_1）和47引脚（VCAP_2），用镊子轻轻挑起，这两个引脚，使之浮空。
然后重新插上仿真器，发现可以识别仿真器，并且下载程序能够正常运行。

量测31引脚（VCAP_1）和47引脚（VCAP_2）电压如下：




最后的解决办法，在31引脚（VCAP_1）和47引脚（VCAP_2）挑起的情况下，通过飞线焊接2.2UF电容，另外一端接地。



一、原因分析
     为什么对于LQFP64封装的STM32F4的VCAP_1和VCAP_2都接地就有问题，而对于LQFP64封装的STM32F10XX的31pin和47pin接地就没有问题呢？
1、查看STM32F4 datasheet，我这里以STM32F405xx/STM32F407xx 的datasheet为具体实例做以说明。在F4的datasheet的page15 对兼容性的板子的STM32F10X 和STM32F4XX做了详细的说明。




注：  Ω RESISTOR OR SOLDERING BRIDGE PRESENT FOR THE STM32F10X CONFIGURATION NOT PRESENT IN THE STM32F4XX CONFIGURATION （0欧姆电阻或者桥焊在STM32F10X的板子中出现，而不STM32F4XX的板子中出现）

同样的，查看STM32F10XX的datasheet，我这里以STM32F103xC, STM32F103xD,STM32F103xE 的PDF版的datasheet为实例说明。在datasheet前面一部分的描述中，并未对VCAP或VSS做详细描述。


2、查看STM32F4 datasheet对引脚功能的描述表。发现LQFP64的31pin为VCAP_1，47pin为VCAP_2。



同样的，查看STM32F1 datasheet ，对引脚功能的描述表：发现F1的31pin是VSS_1，47pin是VSS_2（这个是接地的）。



3、查看STM32F4 datasheet中Power supply schemes 章节的电源的内部Block，可以看到VCAP_1和VCAP_2是VOLTAGE REGULATOR（调压器）相关的两个引脚，并且外接一个2.2UF的电容再接地。




再看，该部分章节对调压器的描述：




datasheet 关于这部分，对VCAP_1和VCAP_2的外接电容及串联等效电阻做了明确的规定：
这也就是为什么，F405RGT6的板子上VCAP_1和VCAP_2外接的电容必须是2.2UF而不是其他容值的电容。





同样的，查看STM32F1 datasheet中Power supply schemes 章节的电源的内部Block。发现F1的电源的Block中没有VCAP，而多了VSS(接地)。






4、查看F4 中文参考手册。page89对调压器的描述。

嵌入式线性调压器为备份域和待机电路以外的所有数字电路供电。调压器输出电压约为 1.2 V 。
此调压器需要将两个外部电容连接到专用引脚 VCAP_1 和 VCAP_2，所有封装都配有这两个引脚。为激活或停用调压器，必须将特定引脚连接到 VSS或 VDD。具体引脚与封装有关。
通过软件激活时，调压器在复位后始终处于使能状态。根据应用模式的不同，可采用三种不同的模式工作。[/quote]


也就是这里，对CAP_1 和 VCAP_2的真正作用，做了详细的说明。CAP_1 和 VCAP_2是连接到调压器上，为备份域和待机电路以外的所有数字电路供电。也就是手册中说到的1.2V域。（“调压器为 1.2 V 域（内核、存储器和数字外设）提供全功率”）。而有些封装么有CAP_1 （pin31）和 VCAP_2（pin47），而有VSS_1(pin31)和VSS_2(pin47)。VSS_1(pin31)和VSS_2(pin47)的真正作用是激活或者停用调压器。




同样的，查看F1的中文参考手册中，page37对电源部分的描述：


[quote]STM32的工作电压(V DD) 为2.0～3.6V。通过内置的电压调节器提供所需的1.8V电源。

也就是说，这里的调压器输出电压为1.8V，为内核，内存和外设等提供电压。（1.8V域）


所以，我们这个案子问题产生的原因就是：设计人员，因为之前F1的经验，对F4的设计也是做了相同的处理。而导致板子除其余电压正常外，不能识别到仿真器。经验惹的祸。


二、问题的验证：
1、我手里有Nucleo-F466RE的ST的评估板，所以我想看看Nucleo-F466RE对VCAP_1 （31pin）和 VCAP_2（47pin）是怎么处理的？




通过Nucleo-64的原理图可以看到，对VCAP_1 （31pin）和 VCAP_2（47pin），Nucleo-F466RE是直接用SB38，SB33这两个跳线(也可以叫0欧电阻)直接接地了。而在实物图中也是，C22和C25 没有焊接。





那么为什么Nucleo-F466RE又如此特殊呢？
接下来，我们查看STM32F466RE的datasheet。





STM32F446RE的datasheet已经在page15，做出了明确的说明（如上图）：
对于STM32F446RE来说，VCAP_1 （31pin）和 VCAP_2（47pin）是 直接接地，而非接电容。
所以在Nucleo-F466RE的板子中，有了SB38和SB33. 那么由于SB38和SB33的加入，而使得我们CPU可以根据不同的芯片型号，而非常灵活的更换CPU。


2、STM32F407ZTG6 板子的VCAP_1 和 VCAP_2
原理图中，对其的处理是：




量测VCAP_1 和 VCAP_2 波形如下：VCAP_1和VCAP_2电压均为1.27V






总结：
尽管我们说，STM32的CPU电路很简答，有时候是拿来主义，或者是抄来主义。但是再简单的问题，也需要注意细节。有时候，设计也好，写代码也好，还是不要光照着经验走。有些问题具体问题，还是具体对待，特别是这种电路设计，一定要看datasheet，因为datasheet里面对个别元件或者参数，一定是有详细的说明的。否则就像我们这样，还需要重新打板，不过还好其他电路设计也出现一些问题，改版后重新打板。

hdwcyzyy

学习一下`

eeworld000

多谢楼主分享啊~~~

yhye2world

学习了，感谢楼主

ddllxxrr

谢谢分享，希望以后我遇到画F4的板子时想起楼主的经验哈

huaiqiao

ddllxxrr 发表于 2017-1-12 18:00
谢谢分享，希望以后我遇到画F4的板子时想起楼主的经验哈

哈哈，踩楼的人这么少，，，还以为自己写的太烂了。。。。O(∩_∩)O哈哈~

不过只是我自己的记录。

ddllxxrr

huaiqiao 发表于 2017-1-12 18:20
哈哈，踩楼的人这么少，，，还以为自己写的太烂了。。。。O(∩_∩)O哈哈~

不过只是我自己的记录。

这就是经验

栾鸥

感谢你的付出，让大家受益！

740071911

赞一个，涨姿势了

dxl1120

学习了

确实经验也是要借鉴的

weiyishh

我运气真好好，搜了几个帖子就看到这个说明，stm32f767ZI也是外接2.2uf，抄图的时候看不懂，这下就加上呗。一下子就想起来stm8s也有这个引脚，当时折腾得死去活来，运行得极其不稳定，原来引出vcap引脚时，我以为是过孔直接到背面，结果才发现，没过孔，是从cpu里绕了一圈才出去，离电容太远了，过孔的是IO。

huaiqiao

weiyishh 发表于 2017-5-28 10:36
我运气真好好，搜了几个帖子就看到这个说明，stm32f767ZI也是外接2.2uf，抄图的时候看不懂，这下 ...

看型号，datasheet对这一点有详细的说明。

而且如果一旦要用这个Vcap，这个电容离CPU一定要近，走线一定要相对短。

vikey_zhu

上个月我也遇到这种情况，用的是STM32F446RCT6，

huaiqiao

vikey_zhu 发表于 2017-9-8 16:51
上个月我也遇到这种情况，用的是STM32F446RCT6，

嗯嗯，所以这个还是多看datasheet，多啃datasheet的好，别抛开datasheet设计电路。。。。。

c67890

楼主好，拜读您的文章，受益匪浅。但有几个疑点希望跟您探讨一下。
第一：我用的是Nucleo-STM32F446ZE,144引脚的芯片，在板子上，VCAP1和VCP2引脚是有对地接2.2uF电容的。
第二：您提到的STM32F446RE的数据手册，第 VCAP_1（31pin）和 VCAP_2（47pin）直接接地，但在手册中，这两个引脚的标识是VSS，并不是VCAP_1和 VCAP_2，VSS一般在设计中，无论是F1还是其他的，都是直接接地的。另外，在STM32F446RE中，有另外的VCAP1，引脚编号是第30，这个引脚需不需要通过2.2uF接地？我手里没有这个板子，但从ZE看来（ZE的VCAP1和VCP2引脚是有对地接2.2uF电容的），也是应该接地的。
以上是我的疑问，没有别的意思，只希望能把问题搞清楚。

huaiqiao

c67890 发表于 2017-9-14 13:31
楼主好，拜读您的文章，受益匪浅。但有几个疑点希望跟您探讨一下。
第一：我用的是Nucleo-STM32F446ZE,144 ...

感谢您的回复，我来逐条回复您的两点：
1、Nucleo-STM32F446ZE的VCAP1，VCAP2是否接电容还是接地这个一定要好好看datasheet的，我在帖子中的总结并不是我自己杜撰，而是根据datasheet写的内容的。这点您一定要了解，LQFP64和LQFP144它的外围电路并不完全相同（如你说的额STM32F446ZE和我的帖子中的STM32F446RE）

2、VCAP这种引脚一般如果有的话（具体是第几pin，这个我没有仔细看），都是接电容后电容的一端接地的。至于我帖子中提到的Nucleo-F446RE，这个在ST的官网可以下载其原理图和PCB，您看了就知道了。如下
有链接

http://www.st.com/content/st_com ... /nucleo-f446re.html

c67890

huaiqiao 发表于 2017-9-14 16:29
感谢您的回复，我来逐条回复您的两点：
1、Nucleo-STM32F446ZE的VCAP1，VCAP2是否接电容还是接地这个一 ...

谢谢您的回复，我目前也打算用446RE做开发，有问题共同探讨，毕竟这个东西我也是第一用。

huaiqiao

c67890 发表于 2017-9-15 09:41
谢谢您的回复，我目前也打算用446RE做开发，有问题共同探讨，毕竟这个东西我也是第一用。

哦哦，没事，用着用着就熟悉了。。。。

周公子

啰嗦一大堆，VCAP本来就是内部调节器外置脚，不能接地。STM很多都是大部分脚通用，个别脚功通不同。换型号不把每个脚查看一下，肯定要出错。

huaiqiao

周公子 发表于 2017-10-6 13:51
啰嗦一大堆，VCAP本来就是内部调节器外置脚，不能接地。STM很多都是大部分脚通用，个别脚功通不同。换型号 ...

好的，感谢前辈批评。之前只是想把自己碰到的问题记录而已。