Vcc vdd vee vss что это

В чем разница между Vcc, Vdd, Vee и Vss

Попадалось множество принципиальных электрических схем, на устройствах, подключаемых к компьютеру, где Vcc и Vdd взаимозаменяемы.

1 ответ 1

Обозначения цепей питания проистекают из области анализа схем на транзисторах, где, обычно, рассматривается схема с транзистором и резисторами подключенными к нему. Напряжение (относительно земли) на коллекторе (collector), эмиттере (emitter) и базе (base) обозначают Vc, Ve и Vb. Резисторы подключенные к выводам транзистора обозначим Rc, Re и Rb. Напряжение на дальних (от транзистора) выводах резисторов часто обозначают Vcc, Vee и Vbb.

На практике, например для NPN транзистора включенного по схеме с общим эмиттером, Vcc соответствуют плюсу, а Vee минусу источника питания. Соответственно для PNP транзисторов будет наоборот. Аналогичные рассуждения для полевых транзисторов N-типа и схемы с общим истоком дают объяснение обозначений Vdd и Vss (D — drain, сток; S — source, исток): Vdd — плюс, Vss — минус.

Обозначения напряжений на выводах вакуумных ламп могут быть следующие: Vp (plate, anode), Vk (cathode, именно K, не C), Vg (grid, сетка).

Для микросхем питающихся от одного или нескольких источников одной полярности минус часто обозначают GND (земля). Земля может быть разной, например, сигнальная, соединение с корпусом, заземление.

Не знаю разрешено ли указывать сторонние ресурсы, но мне кажется будет нечестным умалчивать автора. РадиоКот

Источник

Обозначение цепей питания в иностранных материалах

Каждый человек увлекающийся электроникой сталкивается с материалами иностранного происхождения. И будь то схема электронного устройства или спецификация на чип, там могут встречаться множество различных обозначений цепей питания, которые вполне могут ввести в замешательство начинающего или незнакомого с этой темой радиолюбителя. В интернете достаточно информации чтобы внести ясность в этот вопрос. Далее кратко изложено то что было найдено о происхождении обозначений и их применении.

V_CC, V_EE, V_DD, V_SS — откуда такие обозначения? Обозначения цепей питания проистекают из области анализа схем на транзисторах, где, обычно, рассматривается схема с транзистором и резисторами подключенными к нему. Напряжение (относительно земли) на коллекторе (collector), эмиттере (emitter) и базе (base) обозначают V_C, V_E и V_B. Резисторы подключенные к выводам транзистора обозначим R_C, R_E и R_B. Напряжение на дальних (от транзистора) выводах резисторов часто обозначают V_CC, V_EE и V_BB. На практике, например для NPN транзистора включенного по схеме с общим эмиттером, V_CC соответствуют плюсу, а V_EE минусу источника питания. Соответственно для PNP транзисторов будет наоборот.

Аналогичные рассуждения для полевых транзисторов N-типа и схемы с общим истоком дают объяснение обозначений V_DD и V_SS (D — drain, сток; S — source, исток): V_{DD —} плюс, V_{SS —} минус.

Обозначения напряжений на выводах вакуумных ламп могут быть следующие: V_P (plate, anode), V_K (cathode, именно K, не C), V_G (grid, сетка).

Как написано выше, Vcc и Vee используются для схем на биполярных транзисторах (V_CC — плюс, V_EE — минус), а Vdd и Vss для схем на полевых транзисторах (V_DD — плюс, V_{SS —} минус). Такое обозначение не совсем корректно, так как микросхемы состоят из комплементарных пар транзисторов. Например, у КМОП микросхем, плюс подключен к P-FET истокам, а минус к N-FET истокам. Тем не менее, это традиционное устоявшее обозначение для цепей питания независимо от типа проводимости используемых транзисторов.

Для схем с двух полярным питанием V_CC и V_DD могут интерпретироваться как наибольшее положительное, а V_EE и V_SS как самое отрицательное напряжение в схеме относительно земли.

Для микросхем питающихся от одного или нескольких источников одной полярности минус часто обозначают GND (земля). Земля может быть разной, например, сигнальная, соединение с корпусом, заземление.

Вот перечень некоторых обозначений (далеко не полный).

Internal (внутренний)V_IO
V_CCIOНапряжение питания периферийных схем
(например, в ПЛИС)Input/Output (ввод/вывод)

Как видно, часто обозначения образуются путём добавления слова, одной или нескольких букв (возможно цифр), которые соответствуют буквам в слове отражающем функцию цепи (например, как Vref).

Иногда обозначения Vcc и Vdd могут присутствовать у одной микросхемы (или устройства), тогда это может быть, например, преобразователь напряжения. Так же это может быть признаком двойного питания. В таком случае, обычно, Vcc соответствует питанию силовой или периферийной части, Vdd питанию цифровой части (обычно Vcc>=Vdd), а минус питания может быть обозначен Vss.

Совмещение в современных микросхемах различных технологий, традиции, или какие-то другие причины, привели к тому, что нет чёткого критерия для выбора того или иного обозначения. Поэтому бывает, что обозначения «смешивают», например, используют V_CC вместе с V_SS или V_DD вместе с V_EE, но смысл, обычно, сохраняется — V_CC > V_SS, V_DD > V_EE. Например, практически повсеместно, можно встретить в спецификации на микросхемы серии 74HC (HC = High speed CMOS), 74LVC и др., обозначение питания как Vcc. Т.е. в спецификации на CMOS (КМОП) микросхемы используется обозначение для схем на биполярных транзисторах.

Текстов какого либо стандарта (ANSI, IEEE) по этой теме найти не удалось. Именно поэтому в тексте встречаются слова «может быть», «иногда», «обычно» и подобные. Несмотря на это, приведённой информации вполне достаточно, чтобы чуть лучше ориентироваться в иностранных материалах по электронике.

Источник

Как и зачем читать даташиты, если микроконтроллеры – ваше хобби

Микроэлектроника – модное увлечение последних лет благодаря волшебному Arduino. Но вот беда: при должном интересе перерасти DigitalWrite() получается быстро, а что делать дальше – не совсем ясно. Разработчики Arduino приложили немало усилий для снижения порога вхождения в свою экосистему, но за ее пределами по-прежнему колышется темный лес суровой схемотехники, малодоступный любителю.

Например, даташиты. Вроде бы в них есть все, бери и пользуйся. Но только их авторы явно не ставят перед собой задачу популяризации микроконтроллеров; иногда кажется, что они специально злоупотребляют непонятными терминами и аббревиатурами при описании простых вещей, чтобы максимально запутать непосвященного. Но не все так плохо, при желании ларчик открывается.

В этой статье я поделюсь опытом общения гуманитария с даташитами в хобби-целях. Текст предназначен для выросших из штанишек Arduino любителей, он предполагает некоторое представление о принципах работы микроконтроллеров.

Начну с традиционного

Мигаем светодиодом на Ардуино

«Что это? – Спросит искушенный читатель. – Зачем ты что-то пишешь во входной регистр PINB? Он же только для чтения!» Действительно, документация Arduino, как и большинство учебных статей в интернете, утверждает, что этот регистр read-only. Я и сам так думал, пока не перечитал даташит к Atmega328p, готовя это статью. А там:

Это относительно новый функционал, его не было на Atmega8, о нем не все знают или не упоминают из соображений обратной совместимости. Но вполне годный для демонстрации мысли, что даташиты стоит читать, чтобы использовать все возможности чипа, включая малоизвестные. И это не единственная причина.

Зачем еще читать даташиты

Обычно ардуинщики, наигравшись со светодиодами и AnalogWrite’ами, начинают подключать к плате всякие модули и чипы, для которых есть уже написанные библиотеки. Рано или поздно появляется библиотека, работающая не так, как надо. Тогда любитель начинает ее ковырять, чтобы починить, а там.

А там происходит что-то категорически непонятное, поэтому приходится отправляться в гугл, читать многочисленные тьюториалы, дергать по частям чей-то подходящий код и наконец добиваться своего. Это дает мощное ощущение свершения, но на самом деле процесс напоминает изобретение велосипеда путем реверс-инжиниринга мотоцикла. Причем понимания, как работает этот велосипед, не прибавляется. Знаю, поскольку сам этим занимался довольно долго.

Если бы я вместо этого увлекательного занятия потратил пару дней на изучение документации к Atmega328, я бы сэкономил огромное количество времени. В конце концов, это довольно простой микроконтроллер.

Таким образом, читать даташиты надо хотя бы для того, чтобы представлять себе, как вообще устроен микроконтроллер и что он умеет делать. И еще:

Зачем писать в регистры напрямую, когда есть HAL и LL?

Словарик
HAL, Hardware Abstraction Layer – библиотека для управления микроконтроллером с высоким уровнем абстракции. Если надо использовать интерфейс SPI1, просто настраиваем и включаем SPI1, не задумываясь, какие регистры за что отвечают.
LL, Low Level API – библиотека, содержащая макросы или структуры с адресами регистров, позволяющая обращаться к ним по имени. DDRx, PORTx, PINx на Атмеге – это LL.

Споры на тему «HAL, LL или регистры» регулярно случаются в комментариях на Хабре. Не претендуя на доступ к астральному знанию, просто поделюсь своим любительским опытом и соображениями.

Более-менее разобравшись с Атмегой и начитавшись статей про прекрасности STM32, я накупил полдюжины разных плат – и Discovery, и «Синие Таблетки», и даже просто чипы под свои самоделки. Все они два года пылились в коробке. Иногда я говорил себе: «все, с этих выходных осваиваю STM», запускал CubeMX, генерил сетап для SPI, смотрел на получившуюся стену текста, обильно сдобренную копирайтами STM, и решал, что это как-то уж слишком.

Разобраться, что тут понаписал CubeMX, конечно, можно. Но одновременно понятно, что запомнить все формулировки, чтобы потом писать их руками, нереально. А уж дебажить это, если я случайно забуду в Кубе поставить какую-нибудь галочку, – совсем привет.

Прошло два года, я по-прежнему облизывался в ST MCU Finder на всякие вкусные, но недоступные моему пониманию чипы, и случайно наткнулся на замечательную статью, пусть и про STM8. И внезапно понял, что все это время стучался в открытую дверь: регистры у STM устроены так же, как у любого другого МК, и для работы с ними Куб необязателен. А что, так можно было.

HAL и конкретно STM32CubeMX – инструмент для профессиональных инженеров, плотно работающих с чипами STM32. Главная фишка – высокий уровень абстракции, возможность быстро мигрировать с одного МК на другой и даже с одного ядра на другое, оставаясь в рамках линейки STM32. Любители с такими задачами сталкиваются редко – наш выбор МК, как правило, ограничен ассортиментом AliExpress, и мы чаще мигрируем между кардинально разными чипами – переезжаем с Атмеги на STM, с STM на ESP, ну или что там нам новенького подкинут китайские друзья. HAL здесь не поможет, а времени его изучение съест немало.

Остается LL – но от него до регистров полшага. Лично я нахожу написание своих макросов с адресами регистров полезным: я внимательнее изучаю даташит, думаю, что мне потребуется в будущем, а что точно нет, лучше структурирую свои программы, ну и вообще преодоление способствует запоминанию.

Кроме того, есть нюанс с популярным STM32F103 – для него существуют две несовместимые версии LL, одна официальная от STM, вторая – от Leaf Labs, используемая в проекте STM32duino. Если писать open-source библиотеку (а у меня была именно такая задача), надо либо делать две версии, либо обращаться к регистрам напрямую.

Наконец, отказ от LL, на мой взгляд, упрощает миграцию, особенно если закладываться на нее с самого начала работы над проектом. Утрированный пример: напишем ардуиновский blink в Atmel Studio без LL:

Чтобы этот код замигал светодиодом на китайской платке с STM8 (из ST Visual Desktop), в нем достаточно поменять два адреса:

Да, я использую особенность подключения светодиода на конкретной плате, мигать будет очень медленно, но будет же!

Какие бывают даташиты

В статьях и на форумах, и русско-, и англоязычных, под «даташитами» понимают любую техническую документацию к чипам, так же поступаю и я в этом тексте. Формально они – лишь один из видов такой документации:

Datasheet – ТТХ, тактико- технические характеристики. Обязательно имеется у любого электронного компонента. Справочная информация, полезно держать под рукой, но вдумчиво читать в нем особо нечего. Впрочем, чипы попроще часто ограничиваются даташитом, чтобы не плодить лишних документов; в этом случае Reference Manual включается сюда же.

Reference Manual – собственно инструкция, здоровая книжка на 1000+ страниц. Подробно расписывается работа всего, что понапихано в чип. Главный документ для освоения микроконтроллера. В отличие от datasheet, инструкции пишут для широкой линейки МК, в них содержится много информации о периферии, отсутствующей в вашей конкретной модели.

Programming Manual или Instruction Set Manual – инструкция по уникальным командам микроконтроллера. Предназначена для тех, кто программирует на Ассемблере. Авторы компиляторов активно ее используют для оптимизации кода, поэтому в общем случае нам она не потребуется. Но заглядывать сюда полезно для общего понимания, за некоторыми специфическими командами типа выхода из прерывания, а также при активном использовании дебаггера.

Application Note – полезные советы по решению конкретных задач, часто с примерами кода.

Errata Sheet – описание случаев нестандартного поведения чипа с вариантами обхода, если есть.

Что есть в даташитах

Непосредственно в Datasheet нам могут потребоваться такие разделы:

Device Summary – первая страница даташита вкратце рассказывает об устройстве. Очень полезна в ситуациях, когда вы где-то нашли чип (увидели в магазине, выпаяли, встретили упоминание) и хотите понять, что это.

General Description – более подробное описание возможностей чипов из линейки.

Pinouts – схемы распиновки для всех возможных корпусов чипа (на какой ноге какой пин).

Pin Description – описание назначения и возможностей каждого пина.

Memory Map – карта адресов в памяти нам вряд ли потребуется, но иногда в нее включается также таблица адресов блоков регистров.

Register Map – таблица адресов блоков регистров, как правило, находится именно в даташите, а в Ref Manual – только сдвиги (address offsets).

Electrical Characteristics – в этом разделе нас в первую очередь интересуют absolute maximum ratings, перечисляющие максимальные нагрузки на чип. В отличие от неубиваемой Atmega328p, большинство МК не позволяет подключать к пинам серьезные нагрузки, что становится неприятным сюрпризом для ардуинщиков.

Package Information – чертежи доступных корпусов, полезные при проектировании своих плат.

Reference Manual структурно состоит из разделов, посвященных конкретной периферии, указанной в их заголовке. Каждую главу можно условно поделить на три части:

Overview, Introduction, Features – обзор возможностей периферии;

Functional Description, Usage Guide или просто основной блок раздела – подробное текстовое описание принципов устройства периферии и способов ее использования;

Registers – описание управляющих регистров. В простых случаях типа GPIO или SPI этого может быть вполне достаточно, чтобы начать использовать периферию, но часто приходится все-таки читать и предыдущие части.

Как читать даташиты

Даташиты с непривычки отпугивают своим объемом и обилием непонятных слов. На самом деле все не так страшно, если знать несколько лайфхаков.

Установите хорошую PDF-читалку. Даташиты пишутся в славных традициях бумажных инструкций, их здорово распечатать, проложить пластиковыми закладками и сшить. Гипертекст в них наблюдается в следовых количествах. К счастью, хотя бы структуру документа оформляют закладками, поэтому годная читалка с удобной навигацией очень нужна.

Даташит – не учебник Страуструпа, в нем не надо читать все подряд. Если воспользовались предыдущим советом – просто найдите в панели закладок нужный раздел.

Даташиты, особенно Reference Manuals, могут описывать возможности не конкретного чипа, а всей линейки. Это значит, что половина, а то и две трети информации не имеет отношения к вашему чипу. Прежде чем изучать регистры TIM7, проверьте в General Description, есть ли он у вас.

Знать английский достаточно на базовом уровне. Даташиты наполовину состоят из терминов, незнакомых среднестатистическому носителю языка, и наполовину – из простых связующих конструкций. Еще бывают прекрасные китайские даташиты на китайском английском, где половина также термины, а вторая половина – рандомный набор слов.

Если встречаете незнакомое слово, не пытайтесь перевести его с помощью англо-русского словаря. Если вас ставит в тупик hysteresis, то от перевода «гистерезис» теплее вам не станет. Пользуйтесь Гуглом, Stack Overflow, Википедией, форумами, где нужное понятие будет объяснено простыми словами с примерами.

Лучший способ понять прочитанное – проверить в деле. Поэтому держите под рукой отладочную плату, с которой знакомитесь, а лучше две – на случай, если все-таки что-то недопоняли и увидели волшебный дымок.

Полезна привычка держать под рукой даташит, когда вы читаете чей-то тьюториал или изучаете чужую библиотеку. Вполне возможно, в нем вы найдете более оптимальное решение своей задачи. И наоборот – если из даташита никак не удается понять, как же все-таки работает регистр, загуглите его: скорее всего, кто-то уже все описал простыми словами или оставил понятный код на ГитХабе.

Словарик

Немного полезных слов и обозначений, помогающих быстрее освоиться с даташитами. То, что вспомнилось в последние пару дней, дополнения и исправления приветствуются.

Электричество
Vcc, Vdd – «плюс», питание
Vss, Vee – «минус», земля
current – ток
voltage – напряжение
to sink current – работать «землей» для внешней нагрузки
to source current – питать внешнюю нагрузку
high sink/source pin – пин с повышенной «терпимостью» к нагрузке

IO
H, High – на пине Vcc
L, Low – на пине Vss
High Impedance, Hi-Z, floating – на пине ничего нет, «высокое сопротивление», он фактически невидим внешнему миру.
weak pull up, weak pull down – встроенный подтягивающий/стягивающий резистор, примерный аналог 50 кОм (см. даташит). Используется, например, чтобы входной пин не болтался в воздухе, вызывая ложные срабатывания. Weak – потому что его легко «перебить».
push pull – выходной режим пина, в котором он переключается между High и Low – обычный OUTPUT с Arduino.
open drain – обозначение выходного режима, в котором пин может быть либо Low, либо High Impedance / Floating. При этом почти всегда это не «настоящий» открытый сток, есть защитные диоды, резисторы, еще что. Это просто обозначение режима земля/ничего.
true open drain – а вот это уже настоящий открытый сток: пин напрямую ведет в землю, если открыт, или пребывает в подвешенном состоянии, если закрыт. Это значит, что через него при необходимости можно пускать напряжение больше Vcc, но максимум все равно оговаривается в даташите в разделе Absolute Maximum Ratings / Voltage.

Интерфейсы
in series – подключенные последовательно
to chain – собирать чипы в цепочку последовательным подключением, увеличивая количество выходов.
shift – сдвиг, обычно обозначает сдвиг битов. Соответственно, to shift in и to shift out – принимать и передавать данные побитно.
latch – задвижка, прикрывающая буфер, пока через него сдвигаются биты. Когда передача закончена, задвижка открывается, биты начинают работать.
to clock in – выполнить побитную передачу, сдвинуть все биты на нужные места.
double buffer, shadow register, preload register – обозначения истории, когда регистр должен уметь принимать новые данные, но придерживать их до какого-то момента. Например, для корректной работы ШИМ его параметры (скважность, частота) не должны меняться, пока не закончится текущий цикл, но новые параметры уже могут быть переданы. Соответственно, текущие держатся в shadow register, а новые попадают в preload register, будучи записанными в соответствующий регистр чипа.

Всякое
prescaler – предделитель частоты
to set a bit – установить бит в 1
to clear/reset a bit – сбросить бит в 0 (reset – фишка даташитов STM)
to toggle a bit – поменять значение бита на противоположное (см. пример в начале статьи)

Что дальше

Вообще тут планировалась практическая часть с демонстрацией трех проектов на STM32 и STM8, выполненных специально для этой статьи при помощи даташитов, с лампочками, SPI, таймерами, ШИМом и прерываниями:

Но текста получается многовато, поэтому проекты отправляются во вторую часть.

Источник

Подсистема питания в микроконтроллере

Для питания любого МК требуются, как минимум, два провода: положительный («плюс», «Power supply») и отрицательный («минус», «Ground reference»). Обозначают их в даташитах и на схемах следующими сокращениями (Рис. 2.8):

Таблица 2.4. Варианты обозначения выводов питания МК

Пары условных обозначений в даташитах

Несколько замечаний о принятых в международной инженерной практике условностях 2. Напряжение на выводе биполярного транзистора по отношению к общему проводу GND обозначается буквой «V» (англ. «Voltage») и одним из подстрочных индексов: «В» (англ. «Base», база), «С» (англ. «Collector», коллектор), «Е» (англ. «Emitter», эмиттер). К примеру, Vc — это напряжение на коллекторе относительно GND. Напряжение между двумя выводами транзистора обозначается двойным индексом: VCE — это напряжение между коллектором и эмиттером.

Индекс, образованный двумя одинаковыми буквами указывает на источник питания: Vcc — положительный, VEE — отрицательный контакт. Образно можно представить себе транзистор проводимости п—р—п, у которого коллектор соединяется с питанием (С-С), а эмиттер с «массой» (Е-Е). Транзисторы проводимости р—п—р в эту стройную теорию не помещаются, сказывается тот факт, что они изначально по технологическим причинам были меньше распространены.

Для полевых ^-канальных транзисторов существуют аналогичные названия, соответственно, VDD (плюс питания, напряжение «сток — сток», «Drain-to-Drain») и Vss (минус питания, напряжение «исток — исток», «Source-to-Source»).

Поскольку современные МК состоят из полевых транзисторов, то логично было бы их выводы питания обозначить парой «^dd’^ss^» а не «^cc’GND», как у микросхем ТТЛ-логики. Однако, здесь начинается самое интересное (Табл. 2.4). Единообразие отсутствует даже в М К одной фирмы и одного семейства.

Пример 1. Микросхема Z86L33 фирмы Zilog, выполненная в корпусе с 28 выводами, имеет название цепей питания «^dq-^ss»’ а та же микросхема в корпусе с 40 выводами — «KCC-GND».

Пример 2. В семействе ATmega фирмы Atmel принято обозначение «KCC-GND» (далее в книге как основное), а в семействе ARM той же фирмы «Kdd-GND».

Пример 3. МК К1816ВЕ49 имеет два вывода питания, один из них Vcc является основным, а другой VDD служит для подключения резервной батареи.

Наверное, дальше всех в казуистике названий продвинулась микросхема TMS320F фирмы Texas Instruments, имеющая вывод общего провода с «двойной фамилией» KSS1AGND.

Тем, кто часто работаете разными семействами МК, пригодится простое мнемоническое правило — поскольку за буквой «С» латинского алфавита сразу следует буква «D», значит Vcc и VDD относятся к одной и той же цепи, т.е. к питанию. Вывод GND ни с чем не спутаешь, это «земля», «общий провод». Остаётся обозначение Vss, которое методом исключения приравнивается к GND.

Кстати, слово «вывод» (англ. «pin» — булавка) употребляется в электронике для микросхем, транзисторов, конденсаторов, диодов, резисторов, оптопар, катушек индуктивности. Слово «контакт» — для разъёмов, переключателей, джамперов, реле, перемычек, а вот сленговые названия «ноги, ножки» более характерны человеку, нежели электронному изделию.

Организация питания в МК

Двухпроводное питание современным МК досталось по наследству от «прадедушек» i8048/i8051. Сейчас оно в основном применяется в малогабаритных МК с числом выводов 6. 18, например, в Atmel ATtiny, Microchip PIC10/12. Мера вынужденная, т.к. свободных выводов катастрофически не хватает.

С развитием технологии в состав М К стали вводить аналоговые узлы АЦП/ЦАП, которые весьма чувствительны к помехам. Произошёл естественный переход на трёх- (Рис. 2.9), четырёх- (Рис. 2.10, а. в) и многопроводные (Рис. 2.11, а, б) схемы питания.

Добавление цепей AVCC (Analog УСС) и AGND (Analog GND) позволяет развязать между собой аналоговые и цифровые части микросхемы, уменьшить импульсные помехи, повысить инструментальную точность каналов АЦП и ЦАП.

Переменные резисторы ЯА и RD отличаются между собой по сопротивлениям. Во времени они тоже изменяются по разным законам. Например, в рабочем режиме «цифровой» ток значительно больше «аналогового». Следовательно, RA больше, чем Rd. В ждущем режиме ситуация может измениться с точностью до наоборот.

Резисторы Rg, Ry — это омические сопротивления, непосредственно измеренные тестером между выводами микросхем. Их наличие или отсутствие не поддаётся логическому предсказанию и обычно не указывается в даташитах. Например, в одном и том же семействе Atmel ATmega у микросхем ATmega8 и ATmega 16 питание выполняется, соответственно, по схемам, изображённым на Рис. 2.10, в и Рис. 2.10, б.

В каждом конкретном случае разобщённость внутренних цепей надо проверять экспериментально, не надеясь на знаменитый славянский «авось». Абсолютные значения сопротивлений резисторов RG, Rw у разных фирм отличаются, что связано с особенностями технологии изготовления.

Многопроводные схемы особенно характерны для 16- и 32-битных МК, у которых питание разделяется на несколько потоков. А именно: ядро процессора, периферийные буферы, аналоговая часть, система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), генераторный блок и т.д. Названия цепей встречаются самые экзотические: VDDA2, KDD18, KDDC0RE, К33, DVCC, VDDAKSS4, DVSS, KSSA. Рекордсменом в этой области можно считать М К семейства Atmel АТ91 САР, где в одном корпусе насчитывается 12 неповторяющихся названий выводов питания и 8 вариаций названий общего провода. Каждая из силовых цепей в свою очередь продублирована несколькими одноимёнными выводами с разных сторон четырёхгранного корпуса, что позволяет равномернее распределить токовую нагрузку.

Фильтрация помех

Если посмотреть на осциллограмму тока потребления МК, то в ней можно заметить низкочастотную (НЧ) и высокочастотную (ВЧ) составляющие. Как следствие, колебания тока приводят к появлению НЧ- и ВЧ-помех на зажимах питания. Для их ослабления используют стандартные решения в виде связки конденсаторов (Рис. 2.12, Рис. 2.13), 1С- и ДС-фильтров (Рис. 2.14, Рис. 2.15).

Неполярные конденсаторы С1, C3 ослабляют ВЧ-помехи. Их наличие обязательно возле любого МК, причём максимально близко от выводов питания (не более 50 мм). Конденсаторы должны быть керамические, например, К10-17 или поверхностно монтируемые чип-коденсаторы ходовых размеров 0603. 1206.

Базовый номинал ёмкости 0.1 мкФ выбран условно, как легко запоминающийся. Устройство будет нормально функционировать и при 0.068 мкФ, и при 0.15. 0.22 мкФ. Иногда параллельно конденсатору С1 ставят ещё одну неполярную ёмкость 1000 пФ, которая снижает уровень радиоизлучений. Обычно такой способ применяют в профессиональной аппаратуре, чтобы войти в допуск при проверках изделия на электромагнитную совместимость и радиопомехи.

Полярный конденсатор С2 желательно использовать танталовый (а не алюминиевый), поскольку он лучше подавляет импульсные помехи. При выборе ёмкости можно руководствоваться эмпирическим правилом, которое заимствовано из многолетней практики применения сетевых источников питания — 1000 мкФ на каждый ампер тока нагрузки. К примеру, если цифровая часть МК потребляет ток 10. 30 мА, то достаточно поставить конденсатор С2 ёмкостью 10. 30 мкФ с рабочим напряжением не менее 6.3 В. Знатоки рекомендуют выбирать более высоковольтные конденсаторы с напряжением 10. 16 В, поскольку повышается надёжность в эксплуатации и, главное, снижается внутренний импеданс, что позволяет лучше фильтровать помехи.

Конденсатор С2 обязателен при батарейном питании в качестве накопителя энергии, а также при значительных колебаниях и скачках напряжения. В некоторых случаях его функцию выполняет конденсатор фильтра сетевого выпрямителя или стабилизатора напряжения. Как вариант, конденсатор С2 может физически размещаться вблизи других цифровых микросхем и косвенно воздействовать на цепь питания МК.

Ферритовая «бусинка» FBI (Ferrite Bead) представляет собой проводник, пропущенный через ферритовое кольцо или цилиндр. Этот элемент способствует снижению высокочастотных излучений, которые можно зафиксировать лишь специальными измерительными радиоприёмниками в экранированной «безэхо-вой» камере. Такие испытания обязательны при сертификации продукции.

В любительской практике фильтр FBI ставится редко, разве что в связной спортивной аппаратуре, где помехи от МК могут существенно повлиять на качество принимаемого радиосигнала и значительно ухудшить чувствительность.

Таблица 2.5. Пределы изменения напряжения питания МК

Напряжение питания [6]

2.7. 3.6; 3.0. 3.6; 4.5. 5.5; 4.75. 5.25

1.8. 5.5; 1.8. 6.5; 2.0. 5.5; 2.7. 5.5

Диапазон питания

Традиционно в любительских разработках используют питание 5 В, хотя в последнее время всё чаще переходят на диапазон 2.7. 3.6 В. Судя по форумам в Интернете, МК с узким и широким диапазоном питания изготавливаются по одному и тому же технологическому процессу, но вследствие естественного разброса параметров, разбраковываются на группы «хуже — лучше». Это не означает, что МК с диапазоном 4.5. 5.5 В не будет работать при пониженном до 3 В питании. Будет! Однако нельзя гарантировать его устойчивый запуск при крайних значениях температуры, тактовой частоты и нагрузок.

Общее правило — когда требуется максимальное быстродействие, то повышают напряжение питания и выбирают узкодиапазонный МК, когда требуется минимальный ток потребления — наоборот.

Подводя итоги обзора подсистемы питания, предлагается для идеализированного МК выбрать следующие усреднённые характеристики:

Практические рекомендации

Как показывает печальный опыт электронщиков, М К весьма «нежные» устройства по отношению к броскам питания и не любят перегрузок напряжения, даже кратковременных. Если имеется вероятность попадания на микросхему в аварийном режиме уровней более 5.5. 7 В (для каждого МК в даташите по-разному), то необходимо ставить элементы защиты — стабилитроны, сапрессоры.

Частая ошибка увлечённых экспериментаторов заключается в установке МК в панельку «задом-наперёд», противоположной стороной. Получается, что вместо плюса питания может подаваться минус, линии портов могут соединяться с об

щим проводом и т.д. Подавляющее большинство МК такие опыты выдерживают с достоинством и без разрушения. Здесь важно следить за длительностью воздействия неблагоприятных факторов, чем меньше время, тем лучше. Подача питания обратной полярности вызывает температурный разогрев корпуса МК, но если вовремя снять напряжение, то микросхема, как правило, остаётся целой.

Нумерация выводов питания МК не стандартизована, в отличие от серийных микросхем ТТЛ- и КМОП-логики. Известное правило: «Старший по номеру вывод — это Ксс, а вдвое меньший по номеру вывод — это GND» распространяется лишь на некоторые типы МК (в частности, Atmel ATmega8515), и то, для совместимости с цоколёвкой микросхем с ядром MCS-51. Лучшим вариантом с точки зрения помехоустойчивости и частотных свойств является размещение выводов подсистемы питания в центре корпуса (например, Atmel ATmega8535). При этом сокращается путь тока от источника питания к процессорному ядру и снижается индуктивность выводов. На низких тактовых частотах это не стол ь существенно, а на высоких — приносит ощутимую пользу.

Если корпус микросхемы четырёхгранный, то «земляных» выводов GND, как правило, много и они дублируют друг друга со всех четырёх сторон. Таким нехитрым способом повышается суммарная максимальная токовая нагрузка на линии портов МКдо 200. 400 мА без перегрева кристалла.

При разработке топологии печатной платы следует придерживаться общих рекомендаций по проектированию аналого-цифровых устройств:

Источник: Рюмик С.М. 1000 и одна микроконтроллерная схема. (Выпуск 1)

Источник