STM32L4進入STOP2模式后的漏電問題的分析及解決

前言

STM32L4 系列，目前是STM32超低功耗產(chǎn)品中最強大的一個系列。它為我們提供了豐富的低功耗模式，包括STOP2 模式、低至30nA 的Shutdown 模式。對于這些模式，我們需要進行深入地了解，才能把它們用好。

問題

某客戶在其產(chǎn)品的設(shè)計中，使用了STM32L476RGT6?？蛻粼陂_發(fā)過程中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)進入STOP2模式后，MCU 的電流保持在179.6uA，遠(yuǎn)大于數(shù)據(jù)手冊中所描述的值：1.18uA (3V 工作電壓 & 室溫 & 無LCD& 無RTC)。

調(diào)研

1.了解問題

首先，我們先確認(rèn)這個179.6uA 的電流真實存在，而且只是MCU上的電流，不是整機電流?？蛻舨]有使用LCD，也沒有RTC，根據(jù)參考手冊，在3V 的供電電壓下，這個電流應(yīng)該是1.18uA 左右，如下圖：

目前所測的這個電流實在是太大了。

2.問題分析

根據(jù)代碼和現(xiàn)象確認(rèn)MCU 已經(jīng)進入了STOP2 模式。那么，這個電流是如何產(chǎn)生的呢?初步懷疑是有輸出口在對外輸出電流。

于是，找到電路圖，對電路圖進行了檢查，客戶的電路圖并不復(fù)雜，沒有很明顯可能會導(dǎo)致往外輸出電流的情況。結(jié)合電路圖，我們對I/O 口的狀態(tài)進行了檢測，最后發(fā)現(xiàn)MCU 的一個I2C接口上的兩根信號線電平為低!

鑒于此，我們還得分成兩種情況來看。一是如果這兩個I/O 口被配置為輸入口，那么它是沒問題的，不會產(chǎn)生電流;另一種情況是，它仍然為I2C功能的開漏輸出口，那么這種情況下將會產(chǎn)生漏電流。所以，需要對代碼進行檢查。

從電路圖上來看，MCU 的I2C 接口，SCL 和SDA 兩條線直接連接到外部器件，沒有上拉電阻。所以，先檢查I/O配置，這兩個口被配置為具有內(nèi)部上拉的復(fù)用開漏功能模式使用了內(nèi)部上拉電阻，這是正確的配置，沒問題。但是，我們發(fā)現(xiàn)客戶在進入STOP2模式之前并沒有對這兩個口的配置進行調(diào)整，也就是說，它們?nèi)匀粠е鴥?nèi)部上拉電阻并保持I2C 功能的開漏輸出結(jié)構(gòu)。

我們知道，如果I2C 是在空閑狀態(tài)下進入STOP2 模式，按道理，它們應(yīng)該是保持在高電平。為什么兩個引腳都是低電平呢?再檢查用戶代碼，發(fā)現(xiàn)代碼中將數(shù)據(jù)寫入I2C 進行發(fā)送后，就直接進入STOP2 模式了。

問題來了，如果進入STOP2 模式的時間點上，數(shù)據(jù)還在發(fā)送過程中，此時，若SCL和SDA 都處于低電平的情況下，I2C 外設(shè)時鐘停止，SCL 和SDA 的狀態(tài)將被鎖定在輸出低電平狀態(tài)上。我們使用示波器對此情況進行測試，發(fā)現(xiàn)確實如此，在進入STOP2模式時，I2C 數(shù)據(jù)還在發(fā)送;處于STOP2 模式中，SCL 和SDA 保持為輸出低電平;從STOP2模式喚醒后，I2C 繼續(xù)把剩下的bits 發(fā)完。

來看一下此時SCL和SDA 的I/O 配置結(jié)構(gòu)圖：

到此，這個問題基本就理清楚了：當(dāng)I2C 在工作時，并在SCL 線和SDA 線上發(fā)送低電平時，N-MOS 被打開，電流從VDDIOx 經(jīng)過上拉電阻流入I/O 口內(nèi)部，經(jīng)過N-MOS 流入VSS。若此時進入STOP2 模式，由于Vcore 域的所有時鐘停止，導(dǎo)致I2C 外設(shè)時鐘停止，那么此I/O 狀態(tài)被保持，將導(dǎo)致在STOP 2 模式下電流持續(xù)產(chǎn)生。

STM32L476 的內(nèi)部上拉電阻為25~55kΩ，標(biāo)稱值為40 kΩ ，3V 的工作電壓，兩個I/O 的上的電流大約是3V/40 kΩ * 2=150uA

因為內(nèi)部上拉電阻并非剛好40 kΩ，所以我們測得到179.6uA就是相當(dāng)?shù)卣Ａ恕?/p>

3.問題解決

檢查STM32L476的參考手冊RM0351，在STOP2 模式下的描述中，可以看到以下這一段話：

STM32L4進入STOP2模式后的漏電問題的分析及解決

意思是說：所有在STOP2 模式下不能使用的外設(shè)，在進入STOP2模式之前，必須在其外設(shè)本身清除相應(yīng)的使能位來進行禁用，或者通過設(shè)置相應(yīng)的位將其恢復(fù)到復(fù)位狀態(tài)。

于是，需要對代碼進行修改：在進入STOP2 模式之前，將I2C 外設(shè)進行復(fù)位，復(fù)位后將SCL和SDA 兩根線配置為輸入上拉狀態(tài)。為什么要配置為輸入上拉呢?因為此I2C 在外部上沒有上拉電阻連接，需要在STOP2模式下保持這兩個I/O 上有確定的電平，以避免其易受電磁干擾和額外的電流消耗。而這兩個口工作中又作為I2C接口，所以選擇上拉電阻而不是下拉電阻。修正后，再進行測試，可測得在STOP2 模式下的電流為1.0uA，與數(shù)據(jù)手冊相符。

結(jié)論

由于在進入STOP2 模式之前沒有對I2C 進行復(fù)位及I/O 口處理，導(dǎo)致在STOP2 模式中產(chǎn)生了漏電流。