PCB 微控制器電源設(shè)計(jì)概述
來源:捷配
時(shí)間: 2025/10/11 09:01:07
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MCU 對(duì)電源的要求遠(yuǎn)比想象中嚴(yán)格 —— 哪怕是 50mV 的紋波、0.2V 的壓降,都可能導(dǎo)致 MCU 復(fù)位或程序跑飛。很多人在 MCU PCB 電源設(shè)計(jì)時(shí),只簡(jiǎn)單加個(gè) LDO,卻忽略了紋波控制、壓降優(yōu)化、去耦電容布局,最終陷入 “電源看似有輸出,MCU 卻不工作” 的困境。今天從科普角度,拆解 MCU PCB 電源設(shè)計(jì)的 3 個(gè)核心要點(diǎn),幫你打造穩(wěn)定的 “MCU 能量供給系統(tǒng)”。
要點(diǎn)一:選對(duì)電源方案,平衡紋波與效率
MCU 的工作電壓通常是 3.3V 或 5V,需從外部電源(如 USB 5V、電池 3.7V)轉(zhuǎn)換而來,常見方案有 LDO(線性穩(wěn)壓器)和 DC-DC(開關(guān)電源),兩者各有適用場(chǎng)景,選錯(cuò)會(huì)影響電源質(zhì)量:
- LDO 適合低紋波場(chǎng)景:如模擬信號(hào)采集、高頻通信的 MCU(如 STM32H7),LDO 輸出紋波?。▋?yōu)質(zhì) LDO≤15mV,如 TI TPS799),不會(huì)干擾 MCU 的敏感電路(如 ADC、射頻模塊),但效率低(輸入輸出壓差大時(shí)效率≤50%),適合小電流(≤500mA)。某溫度采集 MCU PCB 用 LDO 供電,ADC 采集誤差從 ±0.5% 降至 ±0.1%,若換 DC-DC,紋波會(huì)導(dǎo)致誤差擴(kuò)大至 ±2%;
- DC-DC 適合高效率場(chǎng)景:如電池供電、大電流的 MCU(如 STM32F4,電流≥1A),DC-DC 效率高(≥85%,如 TI TPS5430),能延長(zhǎng)電池續(xù)航,但紋波大(通常 50-100mV),需加額外濾波電路。某無線傳感器 MCU PCB 用 DC-DC 供電,效率從 LDO 的 40% 提升至 88%,電池續(xù)航從 2 個(gè)月延長(zhǎng)至 5 個(gè)月,配合兩級(jí)濾波后紋波降至 20mV,不影響 MCU 工作。
要點(diǎn)二:控制電源紋波,濾除高頻與低頻噪聲
MCU 電源的紋波主要來自兩方面:一是電源轉(zhuǎn)換元件(LDO/DC-DC)的開關(guān)噪聲(高頻,100kHz-1MHz),二是負(fù)載變化(如 MCU 頻繁切換工作模式)產(chǎn)生的低頻噪聲(10-100kHz),需通過 “多級(jí)濾波” 針對(duì)性抑制:
- 輸入濾波:在電源入口(如 DC 插座、電池接口)加 10-100μF 鉭電容(濾低頻噪聲)+0.1μF MLCC 電容(濾高頻噪聲),電容要靠近電源入口,接地線短(≤1cm),避免噪聲進(jìn)入后續(xù)電路。某 MCU PCB 未加輸入濾波,電池供電時(shí)紋波達(dá) 150mV,加濾波后降至 30mV;
- 輸出濾波:LDO/DC-DC 的輸出端加 22μF 鉭電容 + 0.1μF MLCC 電容,且電容要靠近輸出引腳,若 MCU 對(duì)紋波要求極高(如射頻 MCU),可再加一個(gè) 10μH 電感,組成 LC 濾波電路(截止頻率≤10kHz),紋波可進(jìn)一步降至 5mV 以下。某藍(lán)牙 MCU PCB,輸出端加 LC 濾波后,射頻信號(hào)的雜波抑制率從 30dB 提升至 50dB,通信距離延長(zhǎng) 20%;
- 避免電源線路 “共享”:MCU 的電源線路與功率元件(如電機(jī)、LED 驅(qū)動(dòng))的電源線路分開,不共用同一導(dǎo)線,防止功率元件的大電流導(dǎo)致 MCU 電源壓降。某電機(jī)控制 MCU PCB,曾共用電源線路,電機(jī)啟動(dòng)時(shí) MCU 電源壓降達(dá) 0.5V,單獨(dú)布線后壓降降至 0.1V,MCU 不再?gòu)?fù)位。
要點(diǎn)三:去耦電容 “緊貼引腳”,給 MCU “就近補(bǔ)能”
MCU 工作時(shí),內(nèi)部邏輯電路會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)大電流(如從休眠喚醒時(shí)電流從 1μA 突增至 100mA),若電源線路的阻抗大,會(huì)導(dǎo)致電壓瞬間下降(“電壓塌陷”),此時(shí)需要去耦電容 “就近提供瞬時(shí)電流”,避免電壓波動(dòng)。
- 去耦電容的 “數(shù)量與容量”:MCU 的每個(gè)電源引腳(如 VDD、VDDIO)旁都要放 1 個(gè) 0.1μF MLCC 電容(高頻去耦),若 MCU 有多個(gè)電源引腳(如 STM32H7 有 VDD、VDD1、VDD2),每個(gè)引腳都需單獨(dú)配置;PCB 上還需加 1 個(gè) 10-22μF 鉭電容(低頻去耦),放在 MCU 附近(≤3cm),應(yīng)對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的瞬時(shí)電流需求;
- 去耦電容的 “布局關(guān)鍵”:必須 “緊貼 MCU 電源引腳”,電容的一端連 MCU 電源引腳,另一端通過最短路徑(≤0.5cm)連到 MCU 接地引腳或接地平面,避免導(dǎo)線的電感導(dǎo)致去耦失效。某 MCU PCB 將去耦電容放在離電源引腳 5cm 處,喚醒時(shí)電壓塌陷達(dá) 0.3V,緊貼引腳后塌陷降至 0.05V,MCU 工作穩(wěn)定;
- 去耦電容的 “材質(zhì)選擇”:MLCC 電容選 X7R 材質(zhì)(溫度穩(wěn)定性好,容量偏差 ±15%),避免用 Y5V 材質(zhì)(容量偏差 ±20%,溫度變化大時(shí)容量驟降),鉭電容選 AVX 或 KEMET 等品牌,避免劣質(zhì)電容漏電導(dǎo)致電源異常。
MCU 電源設(shè)計(jì)的每一步都需精準(zhǔn)把控,而捷配在 MCU PCB 電源設(shè)計(jì)上為用戶提供專業(yè)支持:首先,捷配工程師會(huì)根據(jù) MCU 的電流需求、供電方式(插電 / 電池),推薦適配的電源方案(LDO/DC-DC),并提供濾波電路參數(shù)(電容容量、電感值),確保紋波達(dá)標(biāo);其次,在 PCB 布局階段,捷配會(huì)指導(dǎo)去耦電容的擺放位置(緊貼 MCU 電源引腳)、電源線路的布線寬度(如 100mA 電流用 0.5mm 線寬,1A 用 1mm 線寬),避免壓降和去耦失效;此外,捷配支持 MCU PCB 的電源性能測(cè)試,批量訂單可提供電源紋波、壓降測(cè)試報(bào)告,確保每塊 PCB 的電源系統(tǒng)穩(wěn)定,MCU 不會(huì)因電源問題死機(jī)。


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