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为什么单片机有多组VDD?

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jf101|  楼主 | 2024-7-22 17:00 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
我们知道一般的IC元器件通常只有两个电源引脚,一个是Vcc或Vdd,另一个是Gnd或Vss。但是现在的MCU通常却有多组电源引脚,这是什么原因呢?

以某款100脚MCU为例,可以看到它有5组VDD/VSS,并且会要求每一组VDD/VSS都要接上,实际上这多组VDD内部是互相连接在一起的,既然这样,那么芯片厂家为什么不只留一组出来呢?或者说虽然留了多组出来,能不能外面只接一组呢?如果能这样既节约引脚,外面连接走线也更少。



如果外面只接一组VDD的话,电流在芯片内部经过的路径相对较长,如下图红色的线条。



对于频率高的电路,VDD电流会在高频突变(因为频率越高,需要的电流越大),这时候路径上产生的感抗会阻碍电流的变化,路径越长感抗越大,从而对电流的阻碍作用就会更明显,进而导致芯片网络中的电压变化,这样就会影响MCU系统的正常工作。对于低频或者直流电路,路径长其影响不大。所以早期的低频MCU,只有一个VDD。多组VDD可以减少电感效应(电感并联总电感变小,路径变短电感也越小)。

可以把上述芯片供电的过程,想象成给一块田地灌溉的过程,如果只有一个进水口,肯定不如多个进水口一起进水好。

除此之外,再补充几点:

1)MCU的模拟外设比如ADC通常是独立的电源VDDA,这是因为ADC需要尽可能干净的电源以保证转换结果的准确性,独立一路可以避免受到其他电源噪声的干扰。

2)多种电压要求。有时,芯片的不同部分会以不同的电压运行。一个典型的例子是低压内核和高压 I/O。内核使用较低的电压来降低功耗而 I/O 以更高的电压运行,以便更好地与外部电路连接。这时也需要分出来多组供电,常见的是复杂的SOC芯片。

3)多组VDD相比单个VDD,一个VDD引脚上经过的电流会减小,这样引脚不必承受过高的电流,增强可靠性。

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沙发
中国龙芯CDX| | 2024-7-26 22:55 | 只看该作者
MCU的模拟外设比如ADC通常是独立的电源VDDA,这是因为ADC需要尽可能干净的电源以保证转换结果的准确性

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szt1993| | 2024-7-27 12:41 | 只看该作者
多组VDD相比单个VDD,一个VDD引脚上经过的电流会减小,这样引脚不必承受过高的电流,增强可靠性。

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地板
forgot| | 2024-7-30 14:31 | 只看该作者
多组VDD相比单个VDD,一个VDD引脚上经过的电流会减小,这样引脚不必承受过高的电流,增强可靠性。

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5
mollylawrence| | 2024-8-4 09:17 | 只看该作者
一些高性能的模拟电路可能需要比数字电路更高的电压来保证足够的信号摆幅和噪声容限。

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6
earlmax| | 2024-8-4 10:09 | 只看该作者
单片机中通常包含模拟电路和数字电路两部分。模拟电路(如ADC、DAC、比较器等)对电源噪声和波动非常敏感,因为这些噪声会直接影响模拟信号的精度和稳定性。因此,模拟电路通常需要更加干净、稳定的电源(如VDDA)。通过将模拟电源(VDDA/VSSA)与数字电源(VDD/VSS)物理隔离,可以减少数字电路高频开关产生的噪声对模拟电路的影响。

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7
youtome| | 2024-8-4 11:10 | 只看该作者
VDD:为整个微控制器供电。
VSS:接地引脚。
VDDA:为 ADC 供电。
VDDE:为 JTAG 电路供电。

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8
xiaoyaodz| | 2024-8-4 12:32 | 只看该作者
单片机的外设和IO口可能有特殊的电压和电流要求,多组VDD可以确保这些外设得到适当的供电。

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9
hilahope| | 2024-8-4 14:22 | 只看该作者
通过分离数字和模拟电源,可以减少数字电路对模拟电路的噪声干扰,提高系统的电磁兼容性。
独立的电源轨有助于隔离噪声,特别是在混合信号应用中。

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10
beacherblack| | 2024-8-4 16:02 | 只看该作者
在某些应用中,为了保护敏感电路或实现电源管理,可能需要将不同的电源域隔离开。多组VDD可以实现这种隔离。

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11
chenqianqian| | 2024-8-5 08:31 | 只看该作者
一是芯片引脚的通流能力有限,需要多组引脚来提高负载能力。二是,缩短内部供电路径,减少干扰。

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12
minzisc| | 2024-8-5 10:47 | 只看该作者
单片机系统中的不同电路和外设可能需要不同的电源电压和电流。电源管理系统需要对这些需求进行控制,以满足其电源需求的同时减小系统功耗。常见的电源管理技术包括电源选择器、电源控制器、电源转换器和睡眠模式等。

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13
dspmana| | 2024-8-5 12:30 | 只看该作者
在某些情况下,电源的稳定性对于系统的正常运行至关重要。如果所有模块都依赖于单一的电源,那么一旦电源出现问题,可能会影响整个系统的稳定性

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14
abotomson| | 2024-8-5 14:29 | 只看该作者
多组VDD/VSS布局有利于热量的分散和散热。在高频或高功耗应用中,良好的热管理对于保持单片机性能和延长使用寿命至关重要。

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15
kmzuaz| | 2024-8-5 16:29 | 只看该作者
不同的模块可能需要不同的电压等级。例如,内核可能需要1.8V,而I/O接口可能需要3.3V或5V。多组VDD可以提供这种多电压等级的支持。

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16
janewood| | 2024-8-5 18:14 | 只看该作者
多组 VDD 为 PCB 设计提供了更大的灵活性,可以使电源走线更加合理,减少电源线的长度和阻抗,从而降低噪声。

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17
belindagraham| | 2024-8-5 20:03 | 只看该作者
为了提高系统的稳定性和抗干扰能力,单片机可能会将内部的不同功能模块分开供电。例如,一个VDD用于数字逻辑,另一个VDD用于模拟电路,这样可以减少数字噪声对模拟电路的影响。

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18
jkl21| | 2024-8-5 21:50 | 只看该作者
在复杂的系统中,不同的电源域可能需要独立的电源管理,以便于控制和保护。

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19
gygp| | 2024-8-6 09:39 | 只看该作者
不同的VDD引脚可以为不同的功能模块提供电源。例如,有些单片机的VDD引脚分为数字电源和模拟电源,这样可以避免数字电路和模拟电路之间的干扰。

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20
everyrobin| | 2024-8-6 11:28 | 只看该作者
多个VDD引脚便于电源管理。例如,在需要关闭某个功能模块时,可以通过控制相应的VDD引脚来实现,而不影响其他模块的正常工作。

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