【实战经验】STM32L4中STOP2模式下的漏电流

1万 · 2017-6-21 13:15

本帖最后由香水城于 2017-8-11 14:08 编辑

STM32L4 中STOP2 模式下的漏电流

前言
STM32L4 系列，目前是STM32 超低功耗产品中最强大的一个系列。它还为我们提供了更多的低功耗模式的选择，包括STOP2 模式，包括低至30nA 的Shutdown 模式。对于这些模式，我们需要进行深入地了解，才能把它们用好。

问题
某客户在其产品的设计中，使用了STM32L476RGT6。客户在开发过程中，发现当进入STOP2 模式后，MCU 的电流保持在179.6uA，远大于数据手册中所描述的值：1.18uA (3V 工作电压 & 室温 & 无LCD & 无RTC)。

调研

1.了解问题
首先，我们先确认这个179.6uA 的电流真实存在，而且只是MCU 上的电流，不是整机电流。客户并没有使用LCD，也没有RTC，根据参考手册，在3V 的供电电压下，这个电流应该是1.18uA 左右，如下：

目前所测的这个电流实在是太大了。

2.问题分析
根据代码和现象确认MCU 已经进入了STOP2 模式。那么，这个电流是如何产生的呢？初步怀疑是有输出口在对外输出电流。于是，找到电路图，对电路图进行了检查，客户的电路图并不复杂，没有很明显可能会导致往外输出电流的情况。

结合电路图，我们对I/O 口的状态进行了检测，最后发现MCU 的一个I2C 接口上的两根信号线电平为低！这要分成两种情况来看，一是这两个I/O 口被配置为输入口，那么它是对的，不会产生电流；另一种情况是，它仍然为I2C 功能的开漏输出口，那么这个情况下将会产生漏电流。所以，需要对代码进行检查。

从电路图上来看，MCU 的I2C 接口，SCL 和SDA 两条线直接连接到外部器件，没有上拉电阻。所以，先检查I/O 配置，这两个口被配置为具有内部上拉的复用开漏功能模式，这是正确的配置，没有问题，使用了内部上拉电阻。但是，我们发现客户在进入STOP2 模式之前并没有对这两个口的配置进行更改，也就是说，它们仍然保持I2C 功能的开漏输出结构，带着内部
上拉电阻。

但是，如果I2C 是在空闲状态下进入STOP2 模式，按道理，它们应该是保持在高电平。为什么两个引脚都是低电平呢？再检查用户代码，发现代码中将数据写入I2C 进行发送后，就直接进入STOP2 模式了。问题来了，如果进入STOP2 模式的时间点上，数据还在发送过程中，此时，若SCL 和SDA 都处于低电平的情况下，I2C 外设时钟停止，SCL 和SDA 的状态将被锁定在输出低电平状态上。我们使用示波器对此情况进行测试，发现确实如此，在进入STOP2 模式时，I2C 数据还在发送；处于STOP2 模式中，SCL 和SDA 保持为输出低电平；从STOP2 模式唤醒后，I2C 继续把剩下的bits 发完。

来看一下此时SCL 和SDA 的I/O 配置图：

到此，这个问题基本就理清楚了：当I2C 在工作时，并在SCL 线和SDA 线上发送低电平时，N-MOS 被打开，电流从VDDIOx 经过上拉电阻流入I/O 口内部，经过N-MOS 流入VSS。若此时进入STOP 2 模式，由于Vcore 域的所有时钟停止，导致I2C 外设时钟停止，那么此I/O 状态被保持，将导致在STOP 2 模式下电流持续产生。

STM32L476 的内部上拉电阻为25~55 kΩ，标称值为40 kΩ ，3V 的工作电压，两个I/O 的上的电流大约是
3V/40 kΩ * 2= 150uA
因为内部上拉电阻并非就是40 kΩ，所以我们测得到179.6uA 就是相当地正常了。

3.问题解决
检查STM32L476 的参考手册RM0351，在STOP2 模式下的描述中，可以看到以下这一段话：

意思是：所有在STOP2 模式下不能使用的外设，在进入STOP2 模式之前，必须在其外设本身清除相应的使能位来进行禁用，或者通过设置相应的位将其恢复到复位状态。

于是，需要对代码进行修改：在进入STOP2 模式之前，将I2C 外设进行复位，复位后将SCL 和SDA 两根线配置为输入上拉状态。为什么要配置为输入上拉呢？因为此I2C 在外部上没有上拉电阻连接，需要在STOP2 模式下保持这两个I/O 上有确定的电平，以避免其易受电磁干扰和额外的电流消耗。而这两个口工作中又作为I2C 接口，所以选择上拉电阻而不是下拉电阻。

修正后，再进行测试，可测得在STOP2 模式下的电流为1.0uA，与数据手册相符。

结论
由于在进入STOP2 模式之前没有对I2C 进行复位及I/O 口处理，导致在STOP2 模式中产生了漏电流。

处理
在进入STOP2 模式下，请确保所有不相关的外设都已经被正确复位或禁用，并配置I/O 口为相应的正确结构。此种情况还容易发生在使用操作系统的应用中，因为多个任务的调度很容易让使用者在进入STOP2 模式时忘记对所有的外设进行检测。所以，在进入STOP2 模式前，请检查一下其他任务的工作情况，是否还有外设在传输数据还没传输完，是的话需要等待其结束，确保所有数据传输完成后，对外设进行复位或禁用，再进入STOP2 模式。

对应的PDF：STM32L4中STOP2模式下的漏电流
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3万 · 2017-6-21 18:54

学习了

【实战经验】STM32L4中STOP2模式下的漏电流

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