SF32LB57x Hardware-Design-Leitfaden — Minimalsystem & Stromversorgung¶

5. Richtlinien für den Schaltplanentwurf¶

Dieses Kapitel folgt der üblichen Reihenfolge zur Inbetriebnahme einer Platine. Schließen Sie zuerst das Minimalsystem-Design ab; andernfalls kann die erste Platine möglicherweise nicht hochfahren, nicht vom Speicher booten, keine Firmware herunterladen oder nicht in den Debug-Modus wechseln. Nachdem diese Basis steht, prüfen Sie im Detail Stromversorgungssystem, Takterzeugung, RF-Pfad, Display, Audio, Kamera, Sensoren und andere produktspezifische Funktionen.

5.1. Minimalsystem-Design¶

5.1.1. Ablauf zur Auslegung des Minimalsystems¶

Fehler bei der Inbetriebnahme gehen meist auf das Minimalsystem, die Stromversorgungsfamilie, den Boot-Modus, Pull-up-Widerstände am Speicher, die Quarzauswahl, BUCK-Komponenten oder fehlenden Download-Zugang zurück. Klären Sie diese Punkte, bevor Sie Pins für die Produktperipherie zuweisen:

1. Passen Sie den Minimalsystem-Schaltplan an Gehäuse und Stromversorgungsfamilie an.
2. Legen Sie Boot- und Debug-Verhalten von PA00/PA01 fest und reservieren Sie einen Wiederherstellungszugang.
3. Wählen Sie das Boot-Medium und sehen Sie die erforderlichen Pull-up-Widerstände an PA13/PA15/PA17 vor.
4. Legen Sie den Stromversorgungsbaum im Grobentwurf, den Lade-/OVP-Pfad, BUCK-Induktivität und -Kondensatoren sowie die Standardzustände der Versorgungsschienen fest. Schließen Sie anschließend die Detailprüfung in Abschnitt 5.2 ab.
5. Wählen Sie den 48-MHz- und den 32,768-kHz-Quarz und bestätigen Sie den Kalibrierplan in Abschnitt 5.3.
6. Reservieren Sie Testpunkte für DBG-UART, SWD, Boot-Modus, Stromversorgung, Masse und den Prüfadapter.

5.1.2. Minimalsystem-Schaltpläne¶

SF32LB57x besitzt mehrere Minimalsystem-Schaltplanvarianten. Verwenden Sie diejenige, die sowohl zum Gehäuse als auch zur Stromversorgungsfamilie passt; mischen Sie keine akkubetriebenen und 3,3-V-Versorgungsvarianten.

5.1.3. Boot-Speicher und Strap-Konfiguration¶

Wählen Sie das Boot-Medium vor dem Einfrieren des Schaltplans. Gehäuseintegrierter Speicher kann bereits einen MPI-Kanal belegen; externe Medien haben unterschiedliche Pull-up- und Stromversorgungssteuerungsanforderungen.

Die Versorgung des Boot-Mediums hängt vom Medientyp und von der Versorgungsfamilie ab. Bei akkubetriebenen Varianten wird externes NOR-Flash aus VDD33_VOUT1 versorgt; für externes SPI-NAND-Flash ist ein Lastschalter hinter VDD33_VOUT1 erforderlich; externes SD-NAND-Flash und eMMC verwenden einen externen LDO. Verwenden Sie bei 3,3-V-Versorgungsvarianten für alle externen Boot-Medien einen externen LDO. SiFli empfiehlt PA21 als Enable-Signal für den Versorgungsschalter des externen Boot-Mediums: High schaltet die Schiene ein, Low schaltet sie aus. Führt eine akkubetriebene Variante PA21 nicht heraus, erlaubt der Quellleitfaden stattdessen einen GPIO mit standardmäßigem Pull-up. Stellen Sie sicher, dass die Versorgung des Boot-Mediums beim Start verfügbar ist. Belegt gehäuseintegrierter Speicher bereits MPI3, ist die externe Nutzung von MPI3 auf SD-NAND-Flash oder eMMC beschränkt; schließen Sie kein externes SPI-NOR- oder SPI-NAND-Flash an diesen Kanal an.

5.1.4. Debug- und Download-Zugang¶

Reservieren Sie Debug- und Wiederherstellungszugang vor der Zuweisung der Produkt-IOs. Viele Erstplatinenfehler werden schwer behebbar, wenn der Standard-DBG-UART, die Boot-Straps oder der SWD-Pfad nicht zugänglich sind.

PA18/PA19 sind standardmäßig die DBG-UART-Pins und PA43/PA44 die SWD-Pins; SWD kann auch auf PA18/PA19 umgeschaltet werden. Der Chip unterstützt vier Download-Schnittstellen: DBG-UART, SWD, Standard-UART und USB. Im normalen Boot sind nur DBG-UART und SWD verfügbar; der BOOT-Modus kann alle vier aktivieren. BOOT-Modus und SWD-Pinumschaltung hängen von PA00, dem BOOT-Register, PA01 und dem BOOT-Schalter des Hosts ab. Prüfen Sie für Produktionsprogrammierung und Wiederherstellung die vollständige Modustabelle der Quelle; leiten Sie die Download-Schnittstelle nicht allein aus einem einzelnen Pinzustand ab.

5.2. Stromversorgungssystem¶

5.2.1. Planung des Stromversorgungsbaums¶

Zeichnen Sie den Stromversorgungsbaum vor der Schaltplaneingabe und beschriften Sie jede Schiene mit Quelle, Standardzustand, maximaler Last, Schlafzustand und steuerndem GPIO.

5.2.2. Akkubetriebene Varianten¶

Akkubetriebene Varianten nutzen üblicherweise VBUS, VBAT, VCC, VSYS, BUCK_LX, BUCK_FB, interne LDO-Ausgänge, Audio-Versorgungspins und RF-Versorgungspins.

Wesentliche Anforderungen:

• Halten Sie VBUS innerhalb des zulässigen Eingangsbereichs und ergänzen Sie einen OVP-Schutz.
• Verbinden Sie VBAT mit dem Akku und nutzen Sie den Pin zur Akkuspannungsmessung.
• Behandeln Sie VCC als Haupt-Systemeingang. Verwenden Sie eine ausreichende Leiterbahnbreite und platzieren Sie die Entkopplungskondensatoren nahe am Chip.
• Nutzen Sie VSYS nur für die angegebenen internen Lasten, AVDD_BRF und GPIO-Pull-up-Schaltungen. Versorgen Sie daraus keine externen Peripheriegeräte.
• Nutzen Sie VDD33_VOUT1, VDD33_VOUT2 und andere interne Reglerausgänge nur für ausdrücklich erlaubte Lasten. Die SiFli-Quelle enthält einen Widerspruch: Der Text zum Energiesparbetrieb und das zugehörige Diagramm zeigen externe Sensoren an VDD33_VOUT1, während die Stromversorgungs-Checkliste derselben Anleitung diesen Ausgang auf gehäuseintegriertes oder externes NOR-/NAND-Flash und AVDD33_AUD beschränkt und andere Peripherie untersagt. Bis SiFli den Widerspruch klärt, schließen Sie keine Sensoren an VDD33_VOUT1 an.
• Schließen Sie AVDD_BRF und AVDD33_AUD über die empfohlenen Quellschienen mit lokaler Filterung an.

5.2.3. 3,3-V-Versorgungsvarianten¶

3,3-V-Varianten nutzen typischerweise eine externe 3,3-V-Schiene für PVDD, AVDD33, AVDD_BRF, AVDD33_AUD, VDDIOA und verwandte Domänen.

Wesentliche Anforderungen:

• Verwenden Sie für wichtige 3,3-V-Domänen eine sternförmige Verteilung.
• Filtern Sie Analog-, RF- und Audioversorgungen getrennt von hochstromführenden oder schnellen Digitalpfaden.
• Wird VBATS zur Akkumessung genutzt, prüfen Sie Eingangsbereich und Filterung.
• Versorgen Sie bei 3,3-V-Versorgungsvarianten alle externen Boot-Medien aus einem externen LDO; als Enable-Signal wird PA21 empfohlen.
• Verbinden Sie interne Referenzen und interne LDO-Ausgangspins nur mit den erforderlichen externen Kondensatoren. Speisen Sie sie nicht aus einer externen Spannungsquelle.

5.2.4. Kurzreferenz zu Versorgungskondensatoren und ihrer Verwendung¶

Verwenden Sie diese Tabelle für die Schaltplan-Vorprüfung. Die endgültigen Werte müssen weiterhin gegen Datenblatt und Referenzdesign geprüft werden.

5.2.5. BUCK-Induktivität und Feedback¶

Empfohlene BUCK-Induktivitätsparameter:

PCB-Anforderungen:

• Platzieren Sie Induktivität, Ausgangskondensator und Feedback-Kondensator nahe am Chip.
• Halten Sie die BUCK_LX-Schleife kurz und breit. Vermeiden Sie Kupferflächen und empfindliche Leitungen in diesem Bereich.
• Halten Sie die BUCK_FB-Leitung angemessen breit; 0,25 mm oder breiter wird empfohlen.
• Halten Sie eine solide Referenzmasse nahe dem Induktivitätsbereich und vermeiden Sie das Einkoppeln von Rauschen in Quarz-, RF-, Audio- und GPADC-Leitungen.
• Enthält das Produkt empfindliche Schaltungen wie GPS, Herzfrequenzmessung, EKG oder analoge Mikrofone, reservieren Sie optionale Footprints für EMI-Abstimmbauteile nahe dem BUCK_LX-Bereich. Legen Sie die endgültigen Werte während der EMV-Validierung des Systems fest.

5.2.6. Laden und OVP¶

Akkubetriebene Produkte können ein externes Ladegerät oder die integrierte Ladefunktion verwenden.

OVP-Hinweise:

• VBUS darf den zulässigen Eingangsbereich niemals überschreiten.
• Als Referenz für eine OVP mit einstellbarem OVLO nennt SiFli den AW32905FCR. Der Anwendungstext gibt 5,2–5,5 V an, die Checkliste dagegen 5,15–5,55 V. Bis SiFli die Abweichung klärt, legen Sie den gemeinsamen Bereich von 5,2–5,5 V zugrunde. Berücksichtigen Sie Bauteil- und Widerstandstoleranzen in V_IN_OVLO = ((R1 + R2) / R2) × V_OVLO_TH; halten Sie den Fehler von V_OVLO_TH innerhalb von 3 % und verwenden Sie für R1/R2 Widerstände mit 1 % Toleranz.
• Für eine OVP mit geregeltem Ausgang nennt SiFli SGM4064YDE8G und LP5305AQVF. Der Anwendungstext gibt 4,5–5,4 V an, die Checkliste 4,7–5,4 V. Bis zur Klärung verwenden Sie den engeren Bereich von 4,7–5,4 V bei einer Belastbarkeit von mindestens 0,5 A und einer OCP-Schwelle von mindestens 0,7 A.
• Führen Sie den Ladeeingang vor dem Chip über einen TVS-/OVP-Schutz.

5.2.7. Versorgungsstrategie für Energiesparzustände¶

Planen Sie das Energiesparverhalten bereits im Schaltplan ein.

Empfehlungen:

• Verwenden Sie Lastschalter oder schaltbare LDOs für Display, Hintergrundbeleuchtung, Sensoren, Motor und externen Speicher.
• Wählen Sie Bauteile mit high-aktivem EN-Eingang. Soll der Ausgang standardmäßig ausgeschaltet sein, verbinden Sie EN über einen 1-MΩ- bis 5,1-MΩ-Pull-down-Widerstand mit Masse. Legen Sie den Widerstandswert anhand des Energiesparziels des Produkts fest.
• Verwenden Sie für einen MOSFET-Leistungsschalter die in der Quelle empfohlene PMOS-plus-NMOS-Topologie: High am Steuereingang schaltet die Versorgung ein, Low schaltet sie aus. Sehen Sie einen festen 1-MΩ-Pull-down vom Steuereingang nach Masse vor.
• Versorgen Sie I2C-Pull-ups aus derselben Schiene wie die entsprechende Peripherie, um Leckstrom im Schlafzustand zu vermeiden.
• Wählen Sie für dauerhaft aktive Schaltungen Bauteile mit niedrigem Iq und niedrigem Abschaltstrom.
• Dient VSYS oder ein dauerhaft aktiver LDO als GPIO-Pull-up-Schiene, berücksichtigen Sie diesen Leckstrom im Schlafstrombudget.

5.2.8. Referenzabbildungen zu Stromversorgung und Laden¶

Die SF32LB57x-Referenzschaltpläne und Layoutbeispiele zeigen Stromversorgungsbaum, POR-Sequenz, Ladepfad, OVP-Auswahl und Lastschalterstrategie für den Energiesparbetrieb. Verwenden Sie bei akkubetriebenen Varianten je nach Boot-Medium einen internen LDO, einen nachgeschalteten Lastschalter oder einen externen LDO. Bei 3,3-V-Versorgungsvarianten ist für alle externen Boot-Medien ein externer LDO erforderlich. Beachten Sie für VBUS die Referenzschaltungen zum EOS/ESD- und OVP-Schutz sowie zum Anschluss des Akku-NTC-Thermistors. Prüfen Sie Beispiele für akkubetriebene Varianten getrennt von Beispielen für 3,3-V-Versorgungsvarianten, damit Sie die beiden Stromversorgungsfamilien nicht vermischen.

Die Versorgungsrampe muss außerdem den in den Referenzabbildungen angegebenen VDD-Anstiegszeitbereich erfüllen: 1 < tVR < 500000 μs/V. Halten Sie bei 3,3-V-Versorgungsvarianten das dargestellte Verhältnis der PVDD- und VDDIO-Rampen ein; VDDIO darf gleichzeitig mit PVDD eingeschaltet werden.

Referenzabbildungen für akkubetriebene Varianten:

Referenzabbildungen für 3,3-V-Versorgungsvarianten:

Referenzabbildungen zu Laden und OVP:

5.2.9. Elektrische Randbedingungen nach Gehäuse und Stromversorgungsfamilie¶

Die Versorgungsanforderungen des SF32LB57x unterscheiden sich je nach Gehäuse und Stromversorgungsfamilie. Die unbedingt zu prüfenden Unterschiede sind unten zusammengefasst; endgültige Schaltpläne sollten dennoch anhand des Minimalsystem-Schaltplans und des Datenblatts für das gewählte Gehäuse geprüft werden.

5.2.10. Betriebsmodi und Weckquellen¶

Betriebsmodi und Weckquellen gehören zur Prüfung des Stromversorgungssystems, da sie bestimmen, welche Schienen, Pull-ups, externen Lasten und weckfähigen GPIOs in jedem Energiesparzustand aktiv bleiben.

5.2.11. Energiemodi¶

Die SF32LB57x-Familie bietet zehn Interruptquellen, die das Gerät aus Standby und Hibernate wecken können; ihre Zuordnung ist in der folgenden Tabelle dargestellt.

5.2.12. Weckkonzept¶

• Verbinden Sie Tasten, Touch-Interrupts und Sensor-Interrupts, die das System wecken sollen, mit weckfähigen GPIOs.
• Planen Sie externe hardwareseitige Wecksignale vorzugsweise an PA33 bis PA42 und kennzeichnen Sie die Weckfunktion im Schaltplan.
• Prüfen Sie IO-Hold-, Hochohmig-, Pull-up-, Pull-down- und Peripherieversorgungszustände in Standby und Hibernate.
• Für ein Wecken beim Anschließen von USB ist ein VBUS-Teiler erforderlich, der mit einem weckfähigen GPIO mit korrekter I/O-Spannung verbunden ist.
• Prüfen Sie Bluetooth-, RTC- und externe Weckfunktionen gemeinsam mit der Energiesparrichtlinie der Firmware.

5.2.13. Validierung des Energiesparbetriebs¶

Messen Sie während des EVT mindestens die folgenden Zustände:

Erfassen Sie für jede Messung Firmware-Version, Versorgungsspannung, Akkusimulator-Einstellung, Peripherie-Verbindungszustand, Bluetooth-Verbindungszustand und Umgebungstemperatur.

5.2.14. Vollständige Stromversorgungs-Pin-Referenz¶

Verwenden Sie diese Tabellen für die pinweise Schaltplanprüfung. Jede Tabelle listet für eine Kombination aus Gehäuse und Stromversorgungsfamilie die minimale, typische und maximale Spannung sowie den maximalen Strom jedes Versorgungspins auf. Wählen Sie die Tabelle, die zur genauen bestellbaren Teilenummer passt; mischen Sie keine Zeilen aus unterschiedlichen Gehäusen oder Stromversorgungsfamilien.

Weiter zu Takt, RF & Benutzerschnittstellen.

Zuletzt aktualisiert: 2026-10-21