- Питание микроконтроллера. Как избежать ошибок.
- Важные моменты по питанию микроконтроллеров:
- Напряжение питания
- Самые распространенные ошибки новичков:
- Микроконтроллер и другие интегральные схемы
- Другие интегральные схемы
- Стабилизаторы напряжения
- Защитный диод регулятора напряжения
- Пример совершенно неправильной схемы
- Питание микросхем от батареек
- Кто сейчас на форуме
Питание микроконтроллера. Как избежать ошибок.
Сегодня поговорим о важности качественного питания микроконтроллеров. Многие новички в области электроники недооценивают эту тему, тратя часы или даже дни на выяснение того, когда и почему их схема перестала работать должным образом. Ищут ошибки в программах, переписывают код… А получается, что иногда всего одного конденсатора 100 нФ хватает и проблемы исчезают.
Важные моменты по питанию микроконтроллеров:
- микроконтроллеры могут неправильно работать из-за плохой фильтрации питания
- должны иметь дополнительные фильтры по питанию, даже при работе от батарей
- они могут иметь много входов питания (особенно большие микроконтроллеры)
- они часто имеют отдельное питание цифровой части и аналоговой части микроконтроллера.
- разные микроконтроллеры (даже от одного производителя) могут иметь разные потребности в фильтрации питания
Напряжение питания
Каждый микроконтроллер имеет точно определенный уровень напряжения питания, при котором производитель гарантирует его правильную работу. Иногда микроконтроллер одного типа может быть изготовлен в 2-х вариантах, различающихся допустимыми напряжениями питания.
Как правило, максимальный диапазон тактовой частоты микроконтроллера также связаны с напряжениями питания.
Самые распространенные ошибки новичков:
- они вообще не фильтруют линию питания или ставят фильтры только по выходу стабилизатора напряжения
- они размещают силовые фильтры подальше от микроконтроллера
- они не подключают все вводы питания «потому что схема и так работает»
- они не подключают питания к аналоговой части «потому что я аналоговой частью не пользуюсь»
Хорошая практика для питания микроконтроллеров:
- каждый вывод питания Vcc (Vdd) должен быть оборудован конденсатором емкостью 100 нФ на землю, расположенным как можно ближе к микроконтроллеру
- стабилизатор с конденсаторами, номиналы которых вы найдете в его техническом описании, должны гарантировать стабильное питание с максимально возможным энергопотреблением разработанной системой
- подключите питание к аналоговой части, даже если вы ее не используете.
Микроконтроллер и другие интегральные схемы
Не экономьте на конденсаторах!
Ознакомьтесь с таблицей данных и инструкциями производителя микроконтроллера относительно источника питания:
- для некоторых микроконтроллеров требуется несколько конденсаторов фильтра (обычно 100 нФ ) — см. рисунки ниже.
- также стоит предусмотреть один или несколько конденсаторов накопления энергии — обычно 10 мкФ.
Расстояние между конденсаторами и микроконтроллером. Конденсаторы фильтра следует размещать как можно ближе к выводам питания.
Давайте посмотрим на рекомендации производителя микроконтроллеров STM, компании STMicroelectronics в его заметке AN2586.
Красной стрелкой отмечена важная информация:
Nx100nF + 1×10μF
Что это значит? N — количество пар выводов питания микроконтроллера. С помощью этой записи производитель микроконтроллера указал на правила, которые я описал красным выше, то есть один конденсатор емкостью 100 нФ для каждой пары выводов питания и один накопительный конденсатор для каждой группы выводов питания.
На следующем рисунке показан пример этого принципа для семейства микроконтроллеров STM32F100xx. Цвета соответствуют принципу, показанному на картинке выше.
Аналогично и с микроконтроллерами Atmel AVR.
Другие интегральные схемы
Аналогичные принципы фильтрации питания применимы ко всем другим интегральным схемам. Их правильная работа также зависит от правильного источника питания, поэтому они, как и микроконтроллер, подвержены помехам.
ВНИМАНИЕ.
Всегда подключайте все выводы питания микроконтроллера. То же самое и с большинством других микросхем.
Стабилизаторы напряжения
Ниже приведен пример стабилизатора питания на базе семейства 78xx (где xx — выходное напряжение):
Конденсаторы, изображенные на рисунке, обычно ставят керамические.
Для вышеупомянутых конденсаторов вы должны / можете дополнительно поставить электролитические или танталовые конденсаторы как на входе, так и на выходе. Их емкость зависит от вашего проекта, поэтому подбирать их придется самостоятельно. Ниже приведены некоторые правила их выбора :
- увеличьте емкость конденсатора на входе стабилизатора, когда источник напряжения
- подключен длинным проводом является слабо эффективным, а ваше устройство скачкообразно потребляет значительный ток
- устройство работает на пределе максимального тока стабилизатора
Емкость этих конденсаторов должна быть примерно в диапазоне от 10 мкФ до 470 мкФ. В очень особых случаях при работе на пределе параметров стабилизатора используйте до 1000 мкФ.
При этом лучше использовать конденсатор меньшей емкости, но с низким эквивалентным последовательным сопротивлением (Low ESR).
Если у вас нет конденсатора с низким ESR, вы можете использовать два обычных, подключенных параллельно, что приведет к падению общего ESR конденсатора.
Защитный диод регулятора напряжения
Для некоторых регуляторов напряжения, когда к выходу регулятора подключен большой накопительный конденсатор, производители регуляторов рекомендуют использовать защитный диод (D2 на схеме ниже).
Его задача — разрядить конденсатор С1 на выходе регулятора в случае короткого замыкания. Таким образом, он защищает регулятор напряжения от повреждений. Производители рекомендуют использовать его, как правило, для регуляторов с выходным напряжением более 7 В. Так что нет необходимости использовать его с регулятором 7805 (5 В), но…
… в случае питания цифровых систем этот диод также быстрее отключает питание микроконтроллера, что в некоторых случаях может быть важно, потому что очень часто микроконтроллеры могут работать при напряжениях ниже, чем остальная часть устройства, и что во время спада напряжения может вызвать сбой устройства.
На схеме также есть диод D1. Его назначение — защита от обратного подключения к аккумулятору. Его стоит использовать, когда у вас нет такого разъема на кабеле аккумулятора, предотвращающих неправильное подключение.
Расстояние между конденсаторами и стабилизатором. Важно, чтобы все конденсаторы, фильтрующие работу стабилизатора, рассмотренного выше, располагались как можно ближе к его выводам.
ВНИМАНИЕ.
79xx — это не то же самое, что семейство 78xx
79xx используются для стабилизации отрицательных напряжений, например -5 В, -12 В и т. д.
Корпус стабилизатора может сбивать с толку. Ошибки случаются не только у новичков, но, у них значительно чаще.
Перед тем, как подключить блок питания, внимательно проверьте распиновку регулятора напряжения. Это позволит избежать неожиданностей и потерь.
Но это не единственное место возможных проблем. Вторая опасность — строить схемы «по памяти» с использованием разных регуляторов напряжения:
Как видите, предполагать, что есть один стандарт распиновки для всех типов стабилизаторов является рискованной 🙂
Игнорировать или нет?
Ой, зачем все это, у меня схема и так работает…
… и все же физику обмануть невозможно. Ну, зачем тратить время и нервы, когда достаточно потратить несколько рублей, которые обеспечат вам душевное спокойствие и бесперебойную работу.
Пример совершенно неправильной схемы
Думаю, описывать здесь нечего — если вы найдете хотя бы один конденсатор, дайте мне знать 🙂
Я проверил с увеличительным стеклом — их нет.
Питание микросхем от батареек
Есть простая схема, включающая в себя Atemga8 и LED дисплей от Winstar. Схема питается от 4-х аккумуляторов размера AA (4*1.2V=4.8V) и чувствует себя замечательно (допустимое напряжение для Atmega8 и дисплея начинается от 4.5V). Но если вставить вместо пальчиковых аккумуляторов батарейки, то получается 1.5V*4=6V (на самом деле если батарейки новые, то получается даже 1.7V*4=6.8V) и дисплей получается под перенапряжением (символы почти полностью черные), хотя сама Atmega8 переживает такое перенапряжение нормально.
Как бы так несложно сделать чтобы схема нормально работала во всем диапазоне напряжений от 4.8V до 6.8V? Вроде просится стабилитрон поставить через резистор, но это поможет при повышенном напряжении, но если будет 4.8V то на резисторе просядет еще 1 вольт и дисплей будет бледным, а Churge Pump ставить не хочется (потому что плата уже готова, а это большая такая переделка получается).
Есть простой способ ограничить 4.8V-6.8V до 4.8V-5.1V (ток потребления у одного дисплея — 2мА, у дисплея и Atmega8 в сумме 12-13мА)?
| Реклама | ||
| | ||
| ||
Maykill  | | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Карма: 126 |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
