雅特力AT32F402/F405 PWC 应用笔记

PWC简介

电源控制的功能主要包含以下内容

• 供电方案，包括VDD、VDDA的供电
• 电源域，由VDD/VDDA域，1.2V域组成
• 上电低电压复位，由上电复位和低电压复位组成
• 电压监测器，监测供电电压与设定临界值关系
• 电压调节器，电压调节器的几个工作状态
• 省电模式，包括睡眠模式、深度睡眠模式、待机模式

图1. 电源域框图

PWC基本功能解析

供电方案

一、功能介绍AT32F402/405 MCU的供电主包括VDD、VDDA及VREF几个部分，其设计要求如下：

• VDD=2.4~3.6V，为GPIO引脚和内部模块（如电压调节器）供电；
• VDDA=2.4~3.6V，为ADC供电；

图2. 供电方案图

供电设计注意事项：1）不同型号供电方案存在差异，本图仅适用于AT32F402xx/405xx，其他型号请以实际Datasheet为准；2）为保障ADC的有效工作，VDDA和VSSA必须与VDD和VSS等电位；3）部分型号VREF未独立出pin，在芯片内部将VREF与VDDA连接在一起，请忽略对应部分供电设计。

二、软件接口

不涉及。

电源域

一、功能介绍AT32F402/405 MCU的电源根据作用范围，可分为VDD/VDDA域，1.2V域两个部分。VDD/VDDA域VDD域包括I/O电路、省电模式唤醒电路、看门狗WDT、上电/低电压复位（POR/LVR）、电压调节器LDO以及除PC13、PC14和PC15之外的所有PAD电路等。VDDA域包括ADC（AD转换器）、温度传感器Temp Sensor等。1.2V域1.2V内核域包括CPU内核、存储器SRAM、内嵌数字外设以及时钟锁相环PLL等，其由电压调节器（LDO）供电。

二、软件接口

不涉及。

上电低电压复位

一、功能介绍VDD/VDDA域内置一个POR模拟模块用于产生电源复位。

• 上电复位：当VDD由0V上升至工作电压过程中，电源复位信号在VPOR时刻被上电释放；
• 低电压复位：当VDD由工作电压下降至0V过程中，电源复位信号在VLVR时刻被低电压复位。

上电复位过程，复位信号的释放相较于VDD升压过程存在一定的时间延迟。同时为避免电源电压在合理范围内的波动造成芯片误复位，上电复位与低电压复位间具有一定迟滞。图3. 上电/低电压复位波形图

表1. 上电/低电压复位特性表

(1) 由综合评估得出，不在生产中测试；(2) 产品的特性由设计保证至最小的数值VLVR；(3) 不同型号产品对应的特性参数存在区别，本表摘自AT32F402xx/405xx，其他型号请以实际Datasheet为准。

二、软件接口

不涉及。

电压监测器

一、功能介绍电压监测器主要用来监控供电电源的跳变，以响应一些紧急任务。电压监测器开启后，PVMOF将会实时的指示VDD与设定阈值比较的结果。当VDD越过设定的PVM阈值边界时，产生的PVMOF位电平变化可以通过外部中断第16号线产生PVM中断。图4. PVM的阈值与输出

表2. 电压监测电平选择

(1) 由综合评估得出，不在生产中测试；(2) 不同型号产品对应的特性参数存在区别，本表摘自AT32F402xx/405xx，其他型号请以实际Datasheet为准。

二、软件接口

电压监测临界值的选择，软件由独立的函数接口实现，其软件实例如下：/*set the threshold voltage to 2.9v*/pwc_pvm_level_select(PWC_PVM_VOLTAGE_2V9);

电压监测功能使能，软件由单独的函数接口实现，其软件实例如下：

/*enable power voltage monitor*/pwc_power_voltage_monitor_enable(TRUE);

电压监测功能通常需结合外部中断使用。故需对外部中断线 16 进行初始化，其软件实例如下：

exint_init_type exint_init_struct;/*config the exint line of the power voltage monitor*/exint_init_struct.line_select=EXINT_LINE_16;exint_init_struct.line_enable=TRUE;exint_init_struct.line_mode=EXINT_LINE_INTERRUPUT;exint_init_struct.line_polarity=EXINT_TRIGGER_BOTH_EDGE;exint_init(&exint_init_struct);/*enable power voltage monitor interrupt*/nvic_irq_enable(PVM_IRQn, 0, 0);

注意：

1) 通过电压监测功能来实现的软件任务需安排在EXTI_LINE_16的中断函数内；2) 电源电压高于临界值及低于临界值均具备产生EXTI_LINE_16中断的能力，应用需根据实际需求，通过EXTI的边沿检测配置来过滤掉不期望的中断事件。

电压调节器

一、功能介绍AT32F402/405 MCU内置电压调节器LDO，其主要用于MCU的1.2V域部分的供电。LDO有四个工作模式：正常模式、低功耗模式、额外低功耗模式和关断模式。

• 正常模式：用于CPU的正常运行模式、睡眠模式、深度睡眠模式；
• 额外低功耗模式：用于CPU的深度睡眠模式；
• 关断模式：用于CPU的待机模式。LDO的输出为高阻状态，内核电路的供电切断，寄存器和SRAM的内容将丢失

其中在MCU复位后LDO保持在正常工作模式状态。表3. 深度睡眠模式下的典型电流消耗表(1) 典型值是在TA=25°C下测试得到；(2) 由综合评估得出，不在生产中测试；(3) 不同型号产品对应的特性参数存在区别，本表摘自AT32F402xx/405xx，其他型号请以实际Datasheet为准；(4) 随工艺徧移可能为典型值的数倍。用户还可根据实际需求调整AT32F402/405 MCU内置电压调节器LDO的输出电压来节省整机功耗。LDO有多种不同的输出电压供用户选择。选择不同的输出电压时需要遵照如下限定：表4. LDO不同输出电压限定电压调节器输出电压调整需要严格按照如下步骤进行：1) 系统时钟切换至HICK或HEXT2) 修改LDO输出电压（PWC_LDOOV寄存器的LDOOVSEL）3) 设置闪存性能选择寄存器（FLASH_PSR）4) 设置PLL相关寄存器至目标频率，开启PLL，等待PLL_STBL5) 设置AHB及APB预除频系数6) 若PLL频率大于108MHz，打开顺滑切换7) 切换系统时钟至PLL

二、软件接口

深度睡眠模式下的LDO工作模式选择，其软件实例如下：/*congfig the voltage regulator mode*/pwc_voltage_regulate_set(PWC_REGULATOR_EXTRA_LOW_POWER);注意：仅CPU的深度睡眠模式下才可配置LDO的工作模式。

PWC省电模式解析

MCU的工作不可避免的会产生一定的功耗，对于应用实际而言，降低功耗的考量十分重要。结合MCU特性及应用条件，以下罗列部分典型降低功耗的方法。

• CPU运行状态下，适当降低系统时钟；
• CPU运行状态下，关闭AHB和APB总线上未被使用的外设时钟；
• CPU无需运行时，MCU进入省电模式（睡眠模式、深度睡眠模式、待机模式）。

睡眠模式

一、功能介绍在睡眠模式下，CPU时钟关闭，其他时钟保持正常工作，电压调节器正常工作，所有的I/O管脚都保持它们在运行模式时的状态，LDO以正常功耗模式提供1.2V电源（CPU内核、内存和内嵌外设）。Cortex-M4F内核设计控制位SLEEPONEXIT，其功能如下：图5. SLEEPONEXIT功能说明图

结合SLEEPONEXIT位的设定，MCU支持两种睡眠机制：

• SLEEPONEXIT=0，执行睡眠指令，此时可立即进入睡眠模式；
• SLEEPONEXIT=1，执行睡眠指令，此时每当系统从最低优先级的中断处理程序中退出时，会立即进入睡眠模式。

睡眠模式进入及退出WFI进入条件：SLEEPDEEP=0，再执行WFI命令行；唤醒条件：任意外设中断（该外设的中断使能位及NVIC使能位均被使能）的响应；WFE进入条件：SLEEPDEEP=0，再执行WFE命令行；唤醒条件：

• 任意外设中断（该外设的中断使能位及NVIC使能位均被使能）的响应；
• 任意EXINT线（该EXINT线必须配置为事件模式）上产生的唤醒事件；
• SEVONPEND=1，任意外设中断（该外设的NVIC使能位未使能）的产生。在进入睡眠之前要确保外设中断挂起位和NVIC通道挂起位均未处于置位状态。且此方式唤醒后，软件需清除外设中断挂起位和NVIC通道挂起位。

其中，SLEEPDEEP、SEVONPEND均为Cortex-M4F内设计核控制位。其功能介绍如下（详细的说明可参考Cortex-M4F手册）：图6. SLEEPDEEP/SEVONPEND功能说明图

二、软件接口

睡眠模式的进入由独立的软件接口实现，其软件实例如下：/*enter sleep mode*/pwc_sleep_mode_enter(PWC_SLEEP_ENTER_WFI);注意：1) WFE进入的睡眠模式唤醒所需的时间最短，因为没有时间损失在中断的进入或退出上；2) SLEEPONEXIT规则可结合WFI或WFE使用，但应用设计时需注意其与唤醒条件的配合；3) 应用设计时不开PWC接口时钟条件下，执行睡眠模式进入函数同样会实现CPU暂停并等待中断或事件的效果，只是其功耗不会被明显降低。

深度睡眠模式

一、功能介绍在深度睡眠模式下，所有1.2V时钟关闭，HICK和HEXT振荡器都被关闭，电压调节器以正常工作或低功耗工作状态给1.2V域供电，所有I/O管脚都保持它们在运行模式时的状态，SRAM和寄存器内容保持。深度睡眠模式可与LDO的正常模式、低功耗模式、额外低功耗模式配合使用以进一步节省功耗。深度睡眠模式进入及退出WFI进入条件：SLEEPDEEP=1，LPSEL=0，再执行WFI命令行；唤醒条件：任意EXINT线（该EXINT线需配置为中断模式且NVIC使能位被使能）上的中断响应。WFE进入条件：SLEEPDEEP=1，LPSEL=0，再执行WFE命令行；唤醒条件：任意EXINT线（该EXINT线需配置为事件模式）上产生的唤醒事件。其中，SLEEPDEEP为Cortex-M4F内设计核控制位。相关介绍请参考3.1.1节说明。系统从深度睡眠模式退出时，HICK RC振荡器被自动开启并在稳定后被选为系统时钟。

二、软件接口

深度睡眠模式的进入由独立的软件接口实现，其软件实例如下：/*congfig the voltage regulator mode*/pwc_voltage_regulate_set(PWC_REGULATOR_LOW_POWER);/*enter deep sleep mode*/pwc_deep_sleep_mode_enter(PWC_DEEP_SLEEP_ENTER_WFI);注意：1) 退出深度睡眠模式后，HICK RC振荡器被选为系统时钟，软件需根据需求对系统时钟重新设定；2) 退出深度睡眠模式时，LDO会保持正常模式，因此若进深睡眠前配置为了低功耗模式的话，LDO的模式切换需要一定耗时，从而会增加额外的唤醒时间。

待机模式

一、功能介绍待机模式可最大限度的降低系统功耗，在该模式下，电压调节器关闭，只有电池供电的寄存器和待机电路维持供电，其他的1.2V供电区域，PLL、HICK和HEXT振荡器都被断电。寄存器和SRAM中的内容也会丢失。在待机模式下，除了复位管脚、被设置为防侵入或校准输出时的TAMPER管脚和被使能的唤醒管脚之外，所有的I/O管脚处于高阻态。待机模式进入及退出进入条件：SLEEPDEEP=1，LPSEL=1，再执行WFI/WFE命令行；退出条件：

• WKUP管脚的上升沿；发生唤醒时会置位SEF、SWEF标志
• NRST管脚上外部复位；发生复位时会置位SEF、NRSTF标志
• WDT复位；发生复位时会置位SEF、WDTRSTF、NRSTF标志
• 实时时钟事件的上升沿；发生唤醒时会置位SEF、SWEF、及实时时钟事件对应标志实时时钟事件为ERTC闹钟事件、ERTC入侵事件、ERTC时间戳、ERTC周期性自动唤醒事件。

实时时钟在部分型号为RTC，部分型号为ERTC，部分ERTC型号不支持周期性自动唤醒，部分型号支持双闹钟。且部分型号具备多个WKUP管脚等，这些差异部分请以实际芯片手册为准。

二、软件接口

待机模式的进入由独立的软件接口实现，其软件实例如下：/*enter standby mode*/pwc_standby_mode_enter();用于待机模式唤醒的WKUP管脚使能由独立的软件接口实现，其软件实例如下：/*enable wakeup pin*/pwc_wakeup_pin_enable(PWC_WAKEUP_PIN_1, TRUE);注意：1) SWEF标志为待机唤醒事件标志，其处于置位状态下执行进入待机模式命令，会立即产生复位。故在进入待机模式前，软件需确保SWEF标志已被清除；2) 部分型号具备多个WKUP管脚，具体请以实际芯片手册为准3) 实时时钟在部分型号为RTC，部分型号为ERTC，具体请以实际芯片手册为准；4) 部分ERTC型号不支持周期性自动唤醒，部分型号支持双闹钟，具体请以实际芯片手册为准。

省电模式特性

一、省电模式电流消耗省电模式下的电流消耗会被明显降低，Datasheet都有经过详细测试后的数据记录。如下表示例记录：表5. 深度睡眠和待机模式下的典型电流消耗表

(1) 典型值是在TA=25°C下测试得到；(2) 由综合评估得出，不在生产中测试；(3) 睡眠模式下的电流消耗与运行模式间差异不是特别大，本表未做罗列，具体请参考Datasheet；(4) 不同型号产品对应的特性参数存在区别，本表摘自AT32F402xx/405xx，其他型号请以实际Datasheet为准；(5) 随工艺徧移可能为典型值的数倍。

二、省电模式唤醒时间

省电模式下的唤醒均需要等待及稳定时间，Datasheet都有经过详细测试后的数据记录。如下表记录：表6. 省电模式的唤醒时间表

(1) 不同型号产品对应的特性参数存在区别，本表摘自AT32F402xx/405xx，其他型号请以实际Datasheet为准。