与 PDR_ON 有关的一种异常现象及分析

只看该作者 · 2021-11-11 20:26

背景知识
一些 STM32 产品能够使能/失能内部电源监视器，通过 PDR_ON 引脚电平进行控制实现。PDR_ON 引脚电平为低时，
内部电源监视器关闭；当 PDR_ON 引脚电平为高时，内部电源监视器使能。
内部电源监视器影响的功能包括：POR（上电复位）、PDR（掉电复位）、BOR（欠压复位）、PVD（可编程电位检
测）、VBAT功能。其中，VBAT功能包括：维持后备寄存器/存储器，为 RTC、LSE 振荡器提供后备供电和维持其在掉电时工作。
在使用低电压电源供电的低功耗应用中，当 VDD 低至接近最低供电范围时，PDR_ON 管脚需要进行合理配置。（一般
VDD 在 1.7V~1.9V 之间，则需要考虑到 PDR_ON 功能（通过拉低 PDR_ON 管脚关闭内部电源监视器）；如果 VDD 一定不
低于 1.8V，则可 PDR_ON 拉高，不考虑关闭内部电源管理器）。PDR_ON 拉低时，内部电源管理器关闭，POR 和 PDR 功
能停止工作，避免由于供电低于或者在 POR/PDR 阈值范围的电源波动而引起 POR/PDR 复位。

只看该作者 · 2021-11-11 20:26

如下电气参数表，摘自 DS11189（STM32F469xx）。当 VDD 较低时，在 VDD 纹波下，可能出现满足 POR/PDR 的触
发条件。例如 1.8V 供电，纹波在 60mV，则 VDD 供电在 1.74~1.86V 之间波动，反复出现 POR/PDR，这种情况就一定要考
虑 PDR_ON 功能，将其下拉，关闭内部电源管理器。

PDR_ON 拉低时，内部电源管理器失能，需要添加外部电源管理器。具体实现电路可参考 AN4488。
注：仅在具有 PDR_ON 引脚封装的 STM32 产品才能关闭电源监视器。没有 PDR_ON 功能的 STM32，默认使用内部电源监视器工作。

只看该作者 · 2021-11-11 20:27

异常现象描述
客户应用中，采用的电源为 1.86V 左右。根据上述分析，客户考虑到 VDD 波动低至 1.8V（更准确来说，对应 PDR 域的
最大值 1.76V）的情况。将 PDR_ON 引脚下拉，关闭了内部电源管理器。
在压力测试环节，发现设备快速掉电重启时，MCU 工作异常。异常后，即使通过热重启，MCU 无法恢复工作，只能通过冷重启使其恢复。如果设备掉电重启间隔时间长，则不存在这种问题。

只看该作者 · 2021-11-11 20:28

原因分析
在展开分析时，先看一下采用电路的示意图，如下。

其中，PDR_ON 采用下拉形式，根据上面介绍，内部电源管理器失能（内部的 POR/PDR 功能关闭）。

只看该作者 · 2021-11-11 20:29

上图为 NRST 部分电路示意图，外部 NRST 引脚外接了 100nF 电容，与内部上拉电阻组成阻容电路，上电和下电时
VDD 和 NRST 信号如下图所示。在上电过程中，VDD 有效时，NRST 依然处于使能状态（低电位），起到了上电复位效果。
但是能够看出，这种电路实现不会达到快速掉电复位效果。

只看该作者 · 2021-11-11 20:30

经过与客户沟通，应用中存在掉电重启间隔非常短的情况。同时，由于 VDD 耦合电容的存在，VDD 掉电同样是一个放
电过程，存在如下波形图。

图中红框内，VDD 电压已经下降到远低于 MCU 的正常供电范围（1.7~3.6V）。但是由于缺乏 PDR，尽管 NRST 也在下降，但总体仍然处于非激活状态（高电位）。这会导致 MCU 运行在非正常供电下，甚至是 VDD 很低的情况下工作，而这种
情况在产品的数据表中明确表示，运行在工作范围外，MCU 无法正常工作。而红色部分，就是由于 MCU 工作已经异常，所
以在再次上电时，MCU 已经无法正常工作， tRSTTEMPO部分也无法正常生效（tRSTTEMPO 对应部分如下图介绍）。
掉电重启间隔时间长，VDD 放电充分，即使 MCU 工作异常，在充分掉电后，MCU 也完全停止工作。再次上电时，则不
会受到影响。

只看该作者 · 2021-11-11 20:31

根据分析，异常出现的原因：在低电压供电需求下，关闭内部电源管理器时，并没有在外部增加电源管理单元实现类似
功能。使 MCU 在极低供电电压下依然工作，引发 MCU 工作异常。

注：经过实测，STM32F469 内部电源管理器的关闭，并不影响上图中 tRSTTEMPO 部分的功能。

只看该作者 · 2021-11-11 20:32

总结及建议
MCU 电源电路相对简单。但是在实际开发中，建议完全参考数据手册和《Getting started with xxxx MCU hardware
development》中电源部分设计，避免由于对 ST MCU 不熟悉引发的硬件设计问题。
具体到关闭内部电源管理器的设计，在上述文档中，同样有详细描述（包含了电路设计建议和对应波形情况）。

只看该作者 · 2021-11-11 20:33

参考文档
RM0386 STM32F469xx and STM32F479xx advanced ARM®-based 32-bit MCUs
DS11189 STM32F469xx datasheet
AN4488 Getting started with STM32F4xxxx MCU hardware development