Руководство по проектированию аппаратуры SF32LB57x — Минимальная система и питание¶

5. Рекомендации по проектированию схемы¶

В этой главе описана типовая последовательность запуска платы. Сначала завершите проектирование минимальной системы: иначе первая плата может не включиться, не загрузиться с накопителя, не принять прошивку или не перейти в режим отладки. После проверки этой основы рассмотрите систему питания, формирование тактового сигнала, тракт RF, дисплей, аудио, камеру, датчики и другие функции конкретного изделия.

5.1. Проектирование минимальной системы¶

5.1.1. Последовательность проектирования минимальной системы¶

Ошибки при первом запуске платы чаще всего связаны с минимальной системой, типом питания, режимом загрузки, подтяжками накопителя, выбором кварцев, компонентами BUCK или отсутствием доступа для загрузки прошивки. Зафиксируйте эти решения до распределения выводов между интерфейсами периферии изделия:

1. Выберите схему минимальной системы, соответствующую корпусу и типу питания.
2. Настройте режим загрузки и отладки через PA00 / PA01 и предусмотрите доступ для восстановления.
3. Выберите носитель загрузки и установите необходимые подтяжки на PA13 / PA15 / PA17.
4. Определите структуру дерева питания, тракт зарядки/OVP, дроссель и конденсаторы BUCK, а также состояния шин по умолчанию; затем выполните подробную проверку по разделу 5.2.
5. Выберите кварцы 48 MHz и 32,768 kHz и подтвердите план калибровки в разделе 5.3.
6. Предусмотрите контрольные точки для DBG-UART, SWD, режима загрузки, шин питания и земли, а также подключение производственной тестовой оснастки.

5.1.2. Схемы минимальной системы¶

Для SF32LB57x предусмотрено несколько вариантов схемы минимальной системы. Выбирайте вариант, соответствующий корпусу и типу питания; не смешивайте схемы для питания от аккумулятора и от источника 3,3 V.

5.1.3. Накопитель загрузки и конфигурация strap-выводов¶

Выберите носитель загрузки до фиксации схемы. Память, интегрированная в корпус, может уже занимать канал MPI; для внешних носителей различаются требования к подтяжкам и управлению питанием.

Проектируйте питание загрузочного носителя с учётом его типа и семейства питания. В вариантах с питанием от аккумулятора внешнюю NOR Flash подключают к VDD33_VOUT1; для внешней SPI NAND Flash требуется ключ нагрузки после VDD33_VOUT1; внешние SD NAND Flash и eMMC питаются от внешнего LDO. В вариантах с питанием 3,3 V для всех внешних загрузочных носителей используют внешний LDO. SiFli рекомендует PA21 для включения ключа питания внешнего носителя: высокий логический уровень включает питание, низкий — отключает его. Если в аккумуляторном варианте вывод PA21 недоступен, руководство допускает использовать вместо него GPIO с подтяжкой вверх по умолчанию. Убедитесь, что питание носителя доступно во время загрузки. Если память, интегрированная в корпус, уже занимает MPI3, внешний MPI3 можно использовать только для SD NAND или eMMC; не подключайте к этому каналу внешние SPI NOR/SPI NAND.

5.1.4. Доступ к отладке и загрузке прошивки¶

Предусмотрите доступ к отладке и восстановлению до назначения выводов изделия. Многие сбои первой платы трудно устранить, если недоступны DBG-UART по умолчанию, конфигурационные выводы загрузки или интерфейс SWD.

PA18/PA19 по умолчанию используются для DBG-UART, а PA43/PA44 — для SWD; SWD также можно переключить на PA18/PA19. Микросхема поддерживает четыре интерфейса загрузки: DBG-UART, SWD, стандартный UART и USB. При обычной загрузке доступны только DBG-UART и SWD; режим BOOT позволяет использовать все четыре интерфейса. Режим BOOT и переключение выводов SWD зависят от PA00, регистра BOOT, PA01 и переключателя BOOT на хосте. При проектировании производственной прошивки и восстановления сверьтесь с полной таблицей режимов в источнике; не определяйте интерфейс загрузки только по состоянию одного вывода.

5.2. Система питания¶

5.2.1. Планирование дерева питания¶

До разработки схемы составьте дерево питания. Для каждой шины укажите источник, состояние по умолчанию, максимальную нагрузку, состояние в режиме сна и управляющий GPIO.

5.2.2. Варианты с питанием от аккумулятора¶

В вариантах с питанием от аккумулятора обычно используются VBUS, VBAT, VCC, VSYS, BUCK_LX, BUCK_FB, выходы внутренних LDO, а также выводы питания аудио и RF.

Основные требования:

• Держите VBUS в допустимом диапазоне входного напряжения и предусмотрите защиту OVP.
• Подключите VBAT к аккумулятору и используйте этот вывод для измерения его напряжения.
• Считайте VCC основным входом питания системы. Предусмотрите достаточную ширину дорожек и разместите развязывающие конденсаторы рядом с микросхемой.
• Используйте VSYS только для указанных внутренних нагрузок, AVDD_BRF и цепей подтяжки GPIO; не питайте от него внешнюю периферию.
• Используйте VDD33_VOUT1, VDD33_VOUT2 и другие выходы внутренних регуляторов только для прямо разрешённых нагрузок. В исходных материалах SiFli есть противоречие: в тексте и на схеме низкого энергопотребления к VDD33_VOUT1 подключены внешние датчики, а список проверки питания разрешает только встроенную или внешнюю NOR/NAND Flash и AVDD33_AUD, запрещая другую периферию. Пока SiFli не прояснит это противоречие, не подключайте датчики к VDD33_VOUT1.
• Подключайте AVDD_BRF и AVDD33_AUD к рекомендованным шинам питания с локальной фильтрацией.

5.2.3. Варианты с питанием 3,3 V¶

В вариантах с питанием 3,3 V внешняя шина 3,3 V обычно используется для PVDD, AVDD33, AVDD_BRF, AVDD33_AUD, VDDIOA и связанных доменов.

Основные требования:

• Для важных доменов 3,3 V используйте разводку по схеме «звезда».
• Фильтруйте аналоговое питание, RF и аудио отдельно от цифровых цепей с большими токами или высокой скоростью сигналов.
• Если VBATS используется для измерения напряжения аккумулятора, проверьте допустимый диапазон входного напряжения и фильтрацию.
• В вариантах с питанием 3,3 V подавайте питание на все внешние носители загрузки через внешний LDO; рекомендуется управлять его включением с помощью PA21.
• Подключайте внутренние опорные выводы и выходы внутренних LDO только к требуемым внешним конденсаторам. Не подавайте на них внешнее напряжение.

5.2.4. Краткий справочник по конденсаторам и их применению¶

Используйте эту таблицу при предварительной проверке схемы. Окончательные значения необходимо сверить с даташитом и эталонной схемой.

5.2.5. Дроссель и обратная связь BUCK¶

Рекомендуемые параметры дросселя BUCK:

Требования к разводке PCB:

• Разместите дроссель, выходной конденсатор и конденсатор обратной связи рядом с микросхемой.
• Сделайте контур BUCK_LX коротким и широким. Не прокладывайте в этой области полигоны и чувствительные сигналы.
• Предусмотрите достаточную ширину дорожки BUCK_FB; рекомендуется не менее 0,25 mm.
• Обеспечьте сплошную опорную землю рядом с дросселем и не допускайте связи помех с цепями кварцев, RF, аудио и GPADC.
• Если изделие содержит чувствительные узлы, например GPS, датчик пульса, ECG или аналоговые микрофоны, предусмотрите необязательные площадки для настройки EMI около BUCK_LX. Окончательные номиналы выберите при проверке EMC системы.

5.2.6. Зарядка и OVP¶

В устройствах с аккумулятором можно использовать внешнее зарядное устройство или встроенный блок зарядки.

Рекомендации по OVP:

• Напряжение VBUS не должно превышать допустимый диапазон входа.
• Для OVP с регулируемым OVLO SiFli приводит AW32905FCR в качестве примера. В описании применения указан диапазон 5,2–5,5 V, а в контрольном списке — 5,15–5,55 V. До уточнения со стороны SiFli используйте пересечение этих диапазонов: 5,2–5,5 V. Учтите допуски устройства и делителя в формуле V_IN_OVLO = ((R1 + R2) / R2) × V_OVLO_TH; ошибка V_OVLO_TH должна быть не более 3 %, а резисторы R1/R2 должны иметь допуск 1 %.
• Для OVP со стабилизированным выходом SiFli приводит SGM4064YDE8G и LP5305AQVF. В описании применения указан диапазон 4,5–5,4 V, а в контрольном списке — 4,7–5,4 V. До уточнения со стороны SiFli используйте более узкий диапазон 4,7–5,4 V, нагрузочную способность не менее 0,5 A и порог защиты от перегрузки по току не менее 0,7 A.
• Подключайте вход зарядного устройства к микросхеме через защиту TVS/OVP.

5.2.7. Стратегия питания с низким энергопотреблением¶

Режим низкого энергопотребления необходимо учитывать уже при проектировании схемы.

Рекомендации:

• Используйте ключи нагрузки или коммутируемые LDO для дисплея, подсветки, датчиков, двигателя и внешнего накопителя.
• Выбирайте микросхемы управления питанием с активным высоким уровнем на входе EN. Если выход должен быть выключен по умолчанию, подтяните EN к земле резистором 1–5,1 MΩ; номинал выбирайте с учётом целевого энергопотребления изделия.
• Для MOSFET-ключа питания используйте рекомендованную в источнике топологию PMOS + NMOS: высокий уровень на входе управления включает питание, низкий — выключает. Зафиксируйте этот вход подтяжкой 1 MΩ к земле.
• Питайте подтяжки I2C от той же шины, что и соответствующую периферию, чтобы избежать утечек в режиме сна.
• Для постоянно включённых цепей выбирайте компоненты с низким Iq и малым током в выключенном состоянии.
• Если VSYS или постоянно включённый LDO используется как шина подтяжки GPIO, учтите ток утечки в бюджете тока в режиме сна.

5.2.8. Иллюстрации питания и зарядки¶

Эталонные схемы и примеры разводки SF32LB57x показывают дерево питания, временные параметры POR, путь зарядки, выбор OVP и стратегию использования ключей нагрузки для низкого энергопотребления. Для вариантов с аккумулятором выбирайте встроенный LDO, ключ нагрузки после LDO или внешний LDO в зависимости от типа носителя загрузки; в вариантах с питанием 3,3 V для всех внешних носителей загрузки используйте внешний LDO. Соблюдайте эталонные схемы защиты VBUS от EOS/ESD и OVP, а также подключения термистора NTC аккумулятора. Рассматривайте примеры для аккумуляторного питания и питания 3,3 V отдельно, не смешивая эти варианты.

Скорость нарастания напряжения питания также должна соответствовать указанному на эталонных рисунках диапазону времени нарастания VDD: 1 < tVR < 500000 μs/V. В вариантах с питанием 3,3 V соблюдайте показанное соотношение между скоростью нарастания PVDD и VDDIO; VDDIO может включаться одновременно с PVDD.

Эталонные схемы для вариантов с питанием от аккумулятора:

Эталонные схемы для питания 3,3 V:

Эталонные схемы зарядки и OVP:

5.2.9. Электрические ограничения корпусов и вариантов питания¶

Требования к питанию SF32LB57x зависят от корпуса и варианта питания. Основные различия сведены ниже; перед выпуском схемы также сверяйте её со схемой минимальной системы и документацией на выбранный корпус.

5.2.10. Режимы работы и источники пробуждения¶

Режимы работы и источники пробуждения нужно учитывать при проверке системы питания: от них зависит, какие линии питания, подтягивающие резисторы, внешние нагрузки и GPIO с поддержкой пробуждения остаются активными в каждом режиме низкого потребления.

5.2.11. Режимы питания¶

Семейство SF32LB57x предоставляет десять источников прерываний, способных пробуждать устройство из Standby и Hibernate; их соответствие выводам приведено в следующей таблице.

5.2.12. Проектирование пробуждения¶

• Подключайте кнопки, сигналы прерывания сенсорного экрана и датчиков, от которых требуется пробуждение, к GPIO с поддержкой пробуждения.
• По возможности назначайте внешние сигналы аппаратного пробуждения на выводы PA33–PA42 и указывайте их функцию на схеме.
• Проверьте удержание уровня IO, режим High-Z, подтяжки вверх/вниз и состояние питания периферии в режимах Standby и Hibernate.
• Для пробуждения при подключении USB подключите делитель напряжения VBUS к GPIO с поддержкой пробуждения и подходящим уровнем IO.
• Согласуйте пробуждение по Bluetooth, RTC и внешним сигналам с политикой низкого энергопотребления прошивки.

5.2.13. Проверка низкого энергопотребления¶

На этапе EVT измерьте как минимум следующие режимы:

Для каждого измерения записывайте версию прошивки, напряжение питания, настройку симулятора аккумулятора, состояние подключённых периферийных устройств и Bluetooth, а также температуру окружающей среды.

5.2.14. Справочник по выводам питания¶

Используйте эти таблицы для проверки схемы по каждому выводу. В них указаны минимальное, типовое и максимальное напряжения, а также максимальный ток для каждой комбинации корпуса и варианта питания. Выберите таблицу, соответствующую точному заказному обозначению микросхемы; не объединяйте данные для разных корпусов и вариантов питания.

Перейдите к разделу Тактирование, RF и пользовательские интерфейсы.

Последнее обновление: 2026-10-21