摘要

本文是一份全面指南，指导您如何在STM32N6 Nucleo和Discovery开发板上测量功耗。文章详细介绍了STM32N6的多电源域架构及其对功耗的影响，帮助您识别测量点，并通过简单的开发板改造实现精准的电流检测。同时，您还将了解如何使用数字万用表，或STLINK-V3PWR配合STM32CubeMonitor-PWR软件进行精确的功耗分析。

文章列出了必要的先决条件、详细的分步说明和重要提示，确保您能够自信从容地优化设计的能效表现。如需深入了解技术细节，请参阅文末随附的文档和支持资源。

简介

STM32N6微控制器拥有多个电源域，每个域在系统运行中都有特定用途。主要电源（加粗标示）如下：

名称	典型值或范围	说明
VDD	1.8V/3.3V	大多数I/O的电源
VDDIO2/3/4/5	1.8V/3.3V	SDMMC1、SDMMC2、XSPIM1和XSPIM2相关I/O的独立电源
VDDA18AON	1.8V	系统模拟电源，如复位、电源管理、振荡器和OTP
VDDCORE	0.81V（过驱动模式下0.89V）	Cortex®-M55内核域数字电源，过驱动模式可支持更高CPU频率
VDDSMPS、VLXSMPS、VFBSMPS、VSSSMPS		降压转换器，已连接SMPS
VDDCSI	0.81V（过驱动模式下0.89V）	CSIPHY数字电源输入，通常连接到VDDCORE
VDDA18PLL	1.8V	RCCPLL的模拟电源
VDDA18CSI、VDDA18USB	1.8V	各类PHY的模拟电源
VDDA18ADC	1.8V	ADC和VREFBUF的模拟电源
Vref+、Vref-	最大VDDA18ADC	ADC的外部参考电压，独立于任何其他电源
PDR_ON	1.8V	掉电复位使能
VDDA18PMU	1.8V	SMPS降压转换器的模拟电源
VDD33USB	3.3V	分别用于USBPHY和USBType-C®供电PHY及相关I/O的电源输入
VBAT	1.62–3.6V	备用电源，通常连接3V纽扣电池
内部生成的电源
V08CAP	0.8V	备份域和智能运行域的稳压器去耦，由VDD或VBAT内部供电

下图（摘自RM0486）展示了电源架构及各个域的内外部连接关系。

对于开发人员，尤其是面向能耗敏感型应用时，理解功耗至关重要。第一步是熟悉电源架构及其与设计的相关性。两大关键因素会显著影响功耗：

1. 电压： 相同电流下，电压越高，功耗越大。
2. CPU频率： 时钟速度越快，功耗越大。

例如，可将VDDCore设置为过驱动模式以提升性能。虽然这会增加电压和功耗，但能让MCU以更高的频率运行。

1.测量Nucleo和Discovery开发板上的功耗

STM32N6的Nucleo和Discovery开发板默认将VDD域设为3.3 V。请注意，数据手册中提供的电流消耗值是基于VDD = 1.8 V条件下测得的，因此开发板上进行的功耗测量值与数据手册中的值不会直接对应——较高的VDD电压 (3.3 V) 会导致功耗增加。

默认情况下，Nucleo和Discovery开发板为通用设计，但只需简单修改即可用于功耗测量。要测量各电源轨的功耗，您需要对开发板进行修改。本指南将引导您完成修改步骤，实现精准的功耗测量。

2.先决条件

开始测量STM32N6 Nucleo和Discovery开发板上的功耗之前，请准备好以下工具和文档：

2.1 工具

1. 焊接台
   • 电烙铁
   • 镊子/夹子
   • 吸锡器
   • 用于处理小型表面贴装元件的其他工具，如放大镜
2. 电流测量工具

• STLINK-V3PWR（推荐，可实现精确功耗分析）
• 数字万用表 + 分流电阻（作为备选方案）

1. 跳线
2. USB Type-C®线缆

• 若使用STLINK-V3PWR，则需准备两根

1. STM32CubeMonitor-PWR

• 若使用STLINK-V3PWR进行电流测量，则需要此项

2.2 文档

以下文档对于理解开发板架构和顺利执行修改至关重要。开始操作之前，请务必仔细查阅。

1. STM32N6 Nucleo开发板
   • NUCLEO-N657X0-Q
   • 用户手册 (UM3417)
   • 原理图（MB1940-N657X0Q-C02板）
2. STM32N6探索套件

• STM32N6570-DK
• 用户手册 (UM3300)
• 原理图（MB1939-N6570-C-2板）

1. STM32N6x5xx / STM32N6x7xx数据手册

• 数据手册 (DS14791)

1. STM32N6参考手册

• 参考手册 (RM0486)

1. STLINK-V3PWR使用指南

• 应用笔记 (AN5999)

1. STM32CubeMonitor-PWR用户手册

• 用户手册 (UM2202)

1. STM32N6 MCU硬件开发入门

• 应用笔记 (AN5967)

3.STM32N6电源架构

Nucleo和Discovery开发板具有相似的电源架构。Discovery开发板上还有一些附加功能，例如SD卡、MEMS麦克风和额外的开关。 您可以按如下方式选择每个开发板上的电源：

• Discovery开发板： 使用JP2跳线 。
• Nucleo开发板： 使用CN9跳线 。

两款开发板可用的电源选项如下：

• 5V_STLink （通过STLINK USB端口供电）
• 5V_USB_SNK （通过USB Type-C®端口供电）
• 5V_VIN （通过外部VIN源供电）

默认情况下，MCU电源配置为外部SMPS。 以下电源在两款开发板上均可用，且可进行测量：

• VDD / VDDIO： I/O的外部电源
• VDDA18AON： 模拟模块的外部电源，如复位、电源管理、振荡器和OTP存储器
• VDDSMPS： SMPS降压转换器的外部电源
• VDDAV18： 外部模拟电源
• VDD33USB： USB2 HS PHY和USB Type-C®的外部电源
• VDDCore： 数字内核域电源

注意： 如果不确定这些电源之间的差异或连接方式，请参考原理图 或硬件开发指南 以获取更详细的说明。这类资源可为您提供有关开发板电源架构及其与MCU关系的深入见解。

另请注意，备份域的电流无法直接测量，但可在数据手册表45中找到其在VBAT模式下的电流消耗值。

4.识别测量点

要测量功耗，需找到开发板上相应的测量点。 请参阅原理图和用户手册以获取指导：

• Discovery开发板： 用户手册的第7.4.6节介绍了如何使用CN2引脚 （14引脚插头）进行功耗测量。
• Nucleo开发板： 用户手册的第7.4.6节介绍了如何使用CN12引脚 （14引脚插头）进行功耗测量。

通过原理图可了解为何必须移除某些电阻才能进行功耗测量。例如，插头上的引脚1和2通过电阻连接，需要先拆下该电阻，才能插入测量工具。

Discovery开发板CN2测量点示意图：

Nucleo开发板CN12测量点示意图：

Nucleo开发板CN12原理图

5. 修改开发板以进行测量

要测量STM32N6 Nucleo或Discovery开发板上的功耗，需移除特定的电阻来修改硬件（若使用STLINK-V3PWR，还需移除电容）。让我们以测量CN2 (Discovery) 和CN12 (Nucleo) 连接器的引脚1和2 上的功耗为例进行说明。

Discovery 开发板修改：

Nucleo 开发板修改：

5.1 示例：测量引脚1和2的功耗（外部SMPS输入电流）

1. 定位测量点：
   • 在Discovery开发板上，CN2连接器的引脚1和2对应外部SMPS输入电流。
   • 在Nucleo开发板上，CN12连接器的引脚1和2起同样的作用。
2. 移除电阻：

• 对于Nucleo开发板，移除R28 。

对于Discovery开发板，移除R23 。

• 零欧姆电阻连接引脚1和引脚2。 移除该电阻会断开电路，使您能够测量分流电阻两端的压降。
• 请参考用户手册和原理图，在实体板上找到这些电阻。

1. 对于使用STLINK-V3PWR的用户和采用电流模式的数字万用表：
   • 除了移除电阻外，您还需要移除附近的元件。
     • 在Nucleo开发板上，移除C21 和R19 。
     • 在Discovery开发板上，移除C27 和R24 。
   • 这些元件位于之前移除的电阻附近，并显示在原理图中以供参考。
2. 连接测量工具：

• 对于数字万用表：
• 将跳线连接到CN2 (Discovery) 或CN12 (Nucleo) 连接器的引脚1和2。
• 将万用表探头连接到跳线，确保万用表已设置为测量电流模式（例如，将红探头移至正确的输入端以测量电流，并将旋钮调至直流电流档）。
• 对于STLINK-V3PWR：
• 将跳线拧入STLINK-V3PWR的OUT 和GND 端子中。
• 将跳线连接到CN2 (Discovery) 或CN12 (Nucleo) 连接器的引脚2 (OUT) 和引脚8 (GND)。

1. 为开发板供电

• 使用USB Type-C®线缆将Nucleo或Discovery开发板连接至电源（例如电脑）。

6. 执行测量

6.1 数字万用表

1. 请确保您的万用表已正确配置，并按上一节所述连接到STM32N6开发板。
2. 通过USB Type-C®数据线（连接至电脑或其他电源）为开发板供电。
3. 观察万用表上显示的电流值。

6.2STLINK-V3PWR与STM32CubeMonitor-PWR

1. 连接硬件
   • 将跳线连接至STLINK-V3PWR的OUT 和GND 端子中，
   • 并使用USB Type-C®线缆为STLINK-V3PWR和开发板供电。
2. 启动STM32CubeMonitor-PWR

• 打开软件，从“SELECT BOARD（选择开发板）”下拉列表中选择STLINK-V3PWR（例如，“STLinkV3PWR @ COMX”）。
• 单击“TAKE CONTROL（取得控制）” 以建立通信。

1. 调整设置（可选）

• 在“Settings（设置） ”菜单中调高电流阈值（例如，调至50,000 µA），以避免测量期间发生错误。

1. 开始采集

单击“START ACQUISITION（开始采集）” 以开始记录电流测量值。

在仪表板上监测实时电流图表和数值。

保存数据（可选）：

使用保存或导出选项，保存您的测量数据以便后续分析。

7. 对其他电源重复上述步骤

对于其他电源轨，请遵循相同的流程：

• 移除一个或多个相关电阻（若使用STLINK-V3PWR，还需移除电容）。具体请参阅开发板用户手册中的功耗测量章节。
• 将跳线连接到CN2 (Discovery) 或CN12 (Nucleo) 上的相应引脚。
• 按照上述步骤进行测量。

8. 重要说明

• 请确保您的工作区内没有静电放电 (ESD) 的潜在来源，以避免损坏开发板。
• 处理跳线时要准确小心，避免测量过程中跳线相互触碰。
• 若在STM32CubeMonitor-PWR中遇到错误，请仔细检查硬件连接，并确保电流阈值设置合适。
• 我们还提供了一份关于N6开发板上运行AI应用时的功耗测量指南。 如果您感兴趣，欢迎随时参考！

总结

精准测量STM32N6 Nucleo和Discovery开发板的功耗，是优化能效和验证设计性能的关键一步。本指南详细介绍了电源架构、开发板修改，以及使用数字万用表或STLINK-V3PWR等工具进行测量的技巧，助您轻松上手。

有关电源域或原理图连接的更多详细信息，请参阅用户手册、数据手册或原理图。 这类资源对于理解开发板设计的细微差别和确保准确测量具有非常宝贵的参考价值。

如果您遇到问题或需要其他支持，欢迎访问我们的知识库，或通过此链接联系我们的技术支持团队。希望本指南能简化您的开发流程，助您高效达成设计目标。

相关链接

• STLINK-V3PWR
• STM32CubeMonitor-PWR
• NUCLEO-N657X0-Q
• 用户手册3417：STM32N6 Nucleo-144板 (MB1940)
• 原理图：MB1940-N657X0Q-C02板
• STM32N6570-DK
• 用户手册3300：STM32N6570-DK
• 原理图：MB1939-N6570-C02板
• 数据手册14791：STM32N6x5xx STM32N6x7xx
• 参考手册0486： STM32N647/657xx基于Arm®的32位MCU
• 应用笔记5999：如何使用STLINK-V3PWR监测STM32 MCU的功耗
• 用户手册2202：用于功耗和超低功耗测量的STM32CubeMonitor-Power软件工具
• 应用笔记5967：STM32N6 MCU硬件开发入门