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为什么单片机芯片上需要多组VDD

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jcky001|  楼主 | 2023-6-2 16:37 | 显示全部楼层 |阅读模式

在单片机的芯片上,经常会看到多个组VDD的设计。这样的设计是为了保证 电源 稳定性,同时减小信号的噪声。本文将从单片机内部的电路结构、功耗、EMI/EMC等方面来探讨为什么单片机芯片上需要多组VDD,以及如何设计VDD的电源系统。

一、单片机内部电路结构

为了更好地理解为什么单片机芯片上会有多组VDD,首先需要了解单片机内部电路结构。

一般来说,单片机的内部结构可以分为三个部分:处理器核心、存储器和外设。其中,处理器核心是单片机的重要组成部分,包含了运算器、控制器、状态寄存器等,用于完成各种算法和控制任务。存储器用于存储程序和数据,包括闪存、RAM等外设包括模拟接口、数字接口、定时器等,用于连接各种传感器和执行器。

这些部分之间通过总线连接,构成了单片机的内部电路。总线包括数据总线、地址总线、控制总线等,用于在各个部分之间传输数据和控制信号。

在单片机内部电路中,处理器核心的功耗最大,因为它需要进行各种运算和控制操作。而存储器和外设的功耗相对较小,因为它们只需要存储和传输数据。因此,在设计VDD电源系统时,需要根据不同部分的功耗需求进行优化。

二、功耗

在单片机内部,处理器核心的功耗最大,因为它需要进行各种运算和控制操作。处理器核心的功耗主要来自于两个方面:静态功耗和动态功耗。

静态功耗是指处理器核心在没有进行任何操作时的功耗。在处理器核心的电路中,存在许多静态电流,这些电流会消耗一定的功率,因此会产生静态功耗。静态功耗通常与工艺制程有关,工艺制程越小,静态功耗越低。

动态功耗是指处理器核心在进行运算和控制操作时的功耗。在进行运算和控制操作时,处理器核心需要充放电,因此会产生一定的动态功耗。动态功耗通常与处理器核心的频率和电压有关,频率越高,电压越大,动态功耗越高。

因此,为了减小功耗,需要对处理器核心的频率和电压进行优化。一般来说,单片机芯片上的电压都是固定的,例如3.3V或5V。因此,为了减小功耗,可以通过调节处理器核心的频率来进行优化。

除了处理器核心外,存储器和外设的功耗相对较小,因为它们只需要存储和传输数据。然而,存储器和外设的功耗也不能被忽视,因为它们会影响整个单片机系统的功耗。

三、EMI/EMC

在单片机内部电路中,信号的传输和处理会产生电磁辐射和电磁干扰,称为EMI/EMC。EMI/EMC会对周围的电路和设备产生干扰,导致系统不稳定或失效。

为了减小EMI/EMC,需要对VDD电源系统进行优化。VDD电源系统的设计需要考虑以下因素:

噪声滤波:需要对VDD电源进行滤波,以减小电源的噪声。噪声滤波可以采用陶瓷电容、磁珠等器件。

分段供电:为了减小EMI/EMC,可以将单片机芯片划分为不同的区域,每个区域使用不同的VDD电源。不同的区域之间通过电源隔离器进行隔离,以减小EMI/EMC。

地电位:VDD电源的地电位需要与信号地电位分离,以减小地回路的干扰。

四、电源管理

电源管理是单片机设计中非常重要的一个方面。在单片机系统中,不同的电路和外设需要不同的电源电压和电流。电源管理系统需要对这些电路和外设进行控制,以满足其电源需求,同时减小系统的功耗。

常见的电源管理技术包括:

电源选择器:将不同的电源连接到单片机系统中,以满足不同电路和外设的电源需求。

电源控制器:控制单片机系统中的电源开关,以便在需要时打开或关闭电源,从而减小功耗。

电源转换器:将电源电压转换为单片机系统中需要的电压。

睡眠模式:当单片机系统不需要进行运算和控制时,可以将系统切换到睡眠模式,以减小功耗。

电源管理技术可以帮助单片机系统实现高效的功耗管理和扩展系统寿命。

五、结论

在单片机芯片上为什么有那么多组的VDD电源?这是因为单片机系统中的不同电路和外设需要不同的电源电压和电流,而且为了减小功耗、减小EMI/EMC和实现电源管理,需要对VDD电源系统进行优化。优化VDD电源系统可以帮助单片机系统实现高效的功耗管理、减小EMI/EMC和扩展系统寿命。


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forgot 2024-1-24 08:28 回复TA
学习一下 
szt1993| | 2023-12-22 14:45 | 显示全部楼层
因为单片机系统中的不同电路和外设需要不同的电源电压和电流

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中国龙芯CDX| | 2024-1-9 15:31 | 显示全部楼层
这个MCU设计应该有一个ESD标准以及功率设计标准的

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电源管理是单片机设计中非常重要的一个方面

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forgot| | 2024-1-24 08:28 | 显示全部楼层
因为单片机系统中的不同电路和外设需要不同的电源电压和电流,需要对VDD电源系统进行优化。

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jf101| | 2024-1-27 14:17 | 显示全部楼层
为了减小功耗、减小EMI/EMC和实现电源管理

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AdaMaYun| | 2024-1-27 16:11 | 显示全部楼层
电源管理是单片机设计中非常重要的一个方面

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OKAKAKO| | 2024-1-27 16:26 | 显示全部楼层
单片机的内部结构可以分为三个部分:处理器核心、存储器和外设。

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LOVEEVER| | 2024-1-27 17:52 | 显示全部楼层
VDD电源的地电位需要与信号地电位分离,以减小地回路的干扰。

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VDD电源方便供电

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pmp| | 2024-2-3 17:04 | 显示全部楼层
传统的单片机IO口输出电流一般在10mA至25mA左右,而现代单片机IO口的输出电流能力有所增强。

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sdlls| | 2024-2-3 19:04 | 显示全部楼层
在单片机内部电路中,如果只有一组VDD,电流在芯片内部经过的路径可能会相对较长。

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sanfuzi| | 2024-2-4 22:26 | 显示全部楼层
不同的电路模块可能有不同的电源需求。

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linfelix| | 2024-2-4 22:55 | 显示全部楼层
如果有多个独立的电源引脚,那么噪声的传播路径就会分散,从而减小对其他电路的影响。

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caigang13| | 2024-2-5 08:25 | 显示全部楼层
单片机内部外设都有单独供电引脚,如果全部汇聚在一起,IO的通流能力也是个问题。

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benjaminka| | 2024-2-5 16:48 | 显示全部楼层
对于高频电路,VDD电流会在高频时发生突变,路径上产生的电感会阻碍电流的变化,路径越长,电感越大,对电流的阻碍作用就会更明显。

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linfelix| | 2024-2-5 17:18 | 显示全部楼层
可以帮助改善单片机的电磁兼容性。通过合理设置VDD的接地和滤波,可以降低单片机内部和外部的电磁干扰,从而提高单片机的抗干扰能力。

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uytyu| | 2024-2-5 17:49 | 显示全部楼层
对于一些具有多种内核或者外设的复杂单片机,不同的内核和外设可能要求不同的供电电压。比如有的内核运行在高电压级别,而某些I/O口则可以在较低电压下工作,此时就需要多组VDD分别供给。

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sesefadou| | 2024-2-5 20:13 | 显示全部楼层
多个IO口可以并联,相当于增加了供电通道,从而提升了电流供应能力。

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chenjun89| | 2024-2-5 21:27 | 显示全部楼层
不同外设一般都有供电引脚,分开供电能够使得电源路径最短。

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