劉軍(正點原子)

【作者簡介】劉軍(正點原子)：無協第25屆技術總監，現就職于佳都新太科技股份有限公司，任電子工程師一職。對STM32有深入的研究，曾出版著作《例說STM32》，曾受邀到ST公司演講，自己研發的STM32開發板在淘寶上銷量火爆。

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一、問題現象

功能：電源控制板可以單獨控制5V/12V/24V三路電壓的輸出，并測量其電流和電壓。

電源控制板所選CPU為STM32F103C8T6@72Mhz.

電源控制板所選繼電器為：24V@12mA.

電源控制板所有電解電容均為2200uF.

電源控制板2.0PCB如下圖所示：

圖1

下面是地線回路：

圖2

打樣焊接后，測試時發現如下問題：

1，stm32控制K3導通(K3控制12V的輸出。)，導致STM32異常重啟。重啟2~3次之后，可以正常控制K3導通。

2，K3導通后，在VCC12處人為短路，導致STM32重啟，但是電流顯著增加(之前為20ma，之后為350ma)，同時STM32發熱嚴重。但是STM32運行正常(持續觀察數分鐘無異常)。

二，原因分析

先看問題2.

根據現象我進行了如下檢測：

1，STM32正常工作，在電源輸入口直接短路12v，現象不能重復。

2，STM32正常工作，將K3強行導通，在12V輸出口短路，現象被重復。

3，STM32進B00TLOADER模式，將K3強行導通， ，在12V輸出口短路，現象被重復。

仔細檢查PCB后，發現問題可能是出在地線回路，如圖3所示：

圖3

我這樣設計的本意是VSSA的地和STM32的其他地是分開的，為了ADC準確，我特地把VSSA和模擬部分的地連在一起，而STM32的其他地則連到另外一個地線網絡，如圖3所示。

采取措施如下，如圖4所示：

圖4

在A處，將底層的地線割開，在B處，用焊錫連接兩個地線網絡。在做同樣測試，未重現問題2，而問題1依舊。問題2得到解決。

再看問題1.

根據問題2的解決方法，問題1的問題，也有可能出在地線。

在解決問題2之后，地線網絡分為上下兩層。沒有連接在一起(沒有形成地線環)。我認為干擾可能來自ULN2003，于是把ULN2003的地線割開，直接連接到電源輸入點的地。如圖5所示：

圖5

在C處割開，斷開ULN2003與下方地網的連接，直接連接在地線輸入端。

經測試，問題依舊。

進一步查看，發現圖6所示電流圈：

圖6

這樣5V-》3.3V-》GND回路就形成了一個環，并且剛好將12V的輸出圈在里面，當輸出短路的時候，瞬間電流變化很大，諧波很多，對環路會形成很大干擾。因此導致STM32死機。(這里可以預測5V短路應該也會導致STM32死機，只是如果5V短路了，STM32就沒電源了，不好觀測現象)。

解決辦法如圖7：

圖7

在D處，將地線割斷，直接從E處飛線連接F處。再測試，問題得到解決。

至此，問題1得到解決。

此時，更進一步，測試短接24V輸出，產生很大火花(電容2個2200uF并聯，比較足)，同時導致STM32死機，原因同樣是形成了電源回路，導致死機。

解決辦法如圖8：

圖8

在G處，將地線網絡斷開，連接H處和E處。再測試，24V短路也無法導致STM32重啟。問題得到解決。

二，總結

1. 對STM32的內部電源理解薄弱，想當然的認為VSSA和GND無任何聯系。

2. 雖然參加了電磁兼容的培訓，但是實際經驗嚴重不足，導致設計缺陷明顯。

3. 說某個芯片的看干擾性能不行，多半是自己電路設計不行。電路設計的差，再好的芯片也是百搭。

4. 問題解決期間，試過在PCB下面放一塊銅板(覆銅PCB)，同時連接到GND，發現對問題解決沒多大幫助(問題依舊)，不要指望覆銅解決所有干擾的問題.