STMCU-管管
发布时间：2020-9-22 10:11
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前言 最近在做物联网项目，需要在硬件上实现休眠时超低功耗设计（整机待机电流在50uA以内），工作时必须带有电池电压检测（3.3V-4.2V）。项目是STM32L051做的，电池供电，功耗要求极高。 0 o6 \! G0 k3 t g) ~1 Z 提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考
初始设计是用两个阻值相同电阻分压直接进行ADC采集，阻值1M，由该电路引起的待机电流为4.2/（1000 +1000）mA=2.1uA.此时比较合理。 
9 ~6 K! ^% r. D1 P' q1 l$ q 编程采集数据时发现测试电压与实际电压有偏差，测试值总比实际值偏小一点。在软件上做补偿，把值修正了。 但是换一个板子测试的时候发现测试的电压又不准了，此时知道通过软件补偿这种方法行不通。那么只能从硬件找原因。 查找datasheet发现AD的输入阻抗最大只有50KΩ。 ) b# r6 v3 H# ^ 
9 ]/ a7 u, T! [ r( x 图中RAIN：外部输入阻抗，STM32芯片中这个值最大为50KΩ; RADC：采样开关电阻，最大值为1KΩ; CADC：内部采样和保持电容，最大值为7pF. 在ADC数据采集的时候需要有电流流入，那么RAIN会产生一个压降。阻容网络中的RADC和CADC上，对电容的充电由RADC控制。随着源电阻(RADC)的增加，对保持电容的充电时间也相应增加。 对CADC的充电由RAIN+RADC控制，因此充电时间常数为tc = (RADC + RAIN) × CADC。如果时间过短，ADC转换的数值会小于实际值。 通过以上数据知道，采集精度跟采集时间和输入阻抗有关。但是通过计算得知，如果输入阻抗为300KΩ，那么充电时间约为2.4uS。在软件上把采样周期调到最大（ADC_SampleTime_239_5Cycles，频率为12M，时间19.9uS）,还是存在误差。说明此时跟周期不是主要原因。 问题出在输如阻抗大于IC里ADC允许的最大阻抗。充电时电流分两路，一路经过R1到R2到地，还有一路经过R1流入MCU的AD接口。（不知是不是IO口会有一定的漏电流到地，IL）此时相当于在R2旁边并了一个电阻到地，检测点的电压不是标准的1/2Vbat. ) {6 p/ T4 {5 _) x$ ]5 F3 `二、改进方法. M+ h4 m8 k9 ^! {, u. V U 下面介绍三个设计方案，方案一、二测试有效、方案三参考其他博客大牛，仅供参考。
由上面调试可以确定是AD采集输入阻抗过大的问题，加入电压跟随器后的阻抗可以低至毫欧级，因此选用一个低功耗（待机600nA）的电压跟随器可以完美解决这个问题。此种方案成本较高，但稳定度和精确度高。
分压电阻选用在阻抗以内的阻值，工作时采集电流高点可以忽略，休眠时通过单片机控制采集电路GND来减小功耗。单片机休眠时将PA4拉高，待机电流为（4.2-3.3）V/（50+50）mA=9uA。此种方案电路设计最为简单。" v2 I+ x+ }; W+ W! Z' e/ ?5 p7 o 用MOS管控制电量采集开关，此种方法休眠时电流最小，几乎不计。休眠时PA4为低电平关断测量分压电阻不耗电，要测量前置高，在PA5测量电压。 7 G& s2 E) `2 [$ b - I* a* P0 f( P# f* \" m- W % E. h: v4 c; q6 V6 D. \0 y, P0 O/ } * s3 H, F0 E3 s) [ 上面介绍三个设计方案，方案一、二测试有效、方案三参考其他博客大牛，还未验证，仅供参考。关于低功耗方面的硬件方案思路很多，各位小伙伴可以大胆构思，小心求证。( X2 ?' Y: U' o# N9 B$ Q: L8 t; l |
检测电池电压，没有ADC的速度要求，1秒钟，1分钟，10分钟读一次没有分别。
所以简单地，对地接一只0.1-1uF的电容在ADC的脚上，既可以解决ADC的输入阻抗低的问题，又可以防止各种干扰。) u' s# W8 ~1 W5 @- K/ O9 n) h& q
2只电阻+1只电容，搞定。$ a& r* T% X( T$ [: M
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PA4与地相连？还是程序控制PA4高低电平？
如果程序控制PA4为高电平，这样ADC电压值不就超过Vref了吗？
楼主只是放了个地的符号，其实是直接接PA4的。
这个后来琢磨明白了。" W. u# h( l! i# P+ D7 |- X% z9 F
如果测量电池的电压，4楼的更方便。