Допуск 5 В на входе датчиков VBUS

Я разрабатываю устройство вокруг STM32L476. Мое устройство в основном работает от батареи, но имеет порт USB, который при подключении я хочу использовать в качестве альтернативного источника питания (через регулятор 3,3 В) для ограничения разряда батареи. Также возможно, что пользователь подключает USB-порт, когда нет батарей.

Я хочу чувствовать, когда USB-порт подключен, поэтому я использую PA9 в качестве OTF_FS_VBUS.

Хорошая новость : в техническом описании сказано, что вывод PA9 допускает 5V.

Плохая новость : толерантные выводы 5 В, кажется, на самом деле допускают 5 В только при подаче питания. Лист данных §6.2 таблицы 18 гласит:

Максимальное входное напряжение на выводах FT_xxx: мин. (VDD, VDDA, VDDIO2, VDDUSB, VLCD) + 4,0 В

В моем случае, если нет батарей и пользователь подключает порт USB, есть время, прежде чем регулятор начнет работать, в течение которого напряжение на PA9 будет 5 В, в то время как на выводы питания ЦП вообще не подается питание.

Еще более плохие новости : текущая инъекция не разрешена: спецификация §6.2, таблица 19, говорит:

Вводимый ток на FT_xxx: -5 / + 0 (см. Примечание 4)

Примечание 4: VIN> VDDIOx вызывает положительную инъекцию, а VIN <VSS - отрицательную инъекцию. IINJ (PIN) никогда не должен превышаться.

Таким образом, кажется, я не могу использовать простой резистор для ограничения избыточного тока на PA9 во время запуска регулятора. Любое количество тока, которое будет протекать от VBUS к PA9, прежде чем VDD увеличится, по-видимому, запрещено.

Что сделали другие?

Я посмотрел на многочисленные конструкции вокруг чипов STM32, смотрел на их соединения VBUS, и они, кажется, не заботятся. Они подключают VBUS напрямую к PA9 или, в конечном итоге, через резистор, но я никогда не видел ничего более сложного. Но в основном это доски для разработчиков, поэтому я думаю, что прочность (это слово?) Не очень важна. И они, как правило, не питаются через USB-порт, и, конечно, предполагают, что пользователь не будет подключать USB-порт до подачи питания на плату.

Какой у меня план?

Поместив это между VBUS на USB-порту и выводом PA9 MCU:

Я действительно пытался сделать это простым. По сути, это гарантирует, что VUSB_CPU (который является выводом PA9) никогда не может быть выше VCPU + 4V (Vz + Vbe), не потребляя никакой энергии, если все в порядке.

Мои основные вопросы : прав ли я в своем анализе? Является ли эта схема хорошим решением? Я беспокоюсь о вещах, которые не имеют значения? Почему никто не заботится об этой потенциальной проблеме?

Дополнительный вопрос : планирую использовать USB OTG. Это проблема, если между разъемом и контактом PA9 имеется резистор 4,7 кОм? Я предполагаю, что это было бы, если бы мне пришлось использовать импульсное VBUS во время SRP, но этот метод, видимо, не рекомендуется. Так хорошо ли я, независимо от роли (устройства / хоста) моего устройства?

Последнее : каков максимальный ток, потребляемый контактом питания VDDUSB? В спецификации приведены данные для периферийного устройства USB: 16,4 мкА / МГц для тактового домена AHB + 23,2 мкА / МГц для независимого тактового домена, но мы не знаем, откуда он берется (VDD или VDDUSB).

usb stm32 usb-otg

— тусклый
источник

Другим вариантом защиты PA9 может быть включение Mos-переключателя между USB + 5 В и PA9, а затем управление затвором коммутатора с помощью выхода регулятора.

— Mark

почему бы не использовать резисторный делитель? 430К и 630К дадут вам 3,3В на контакте.

— b degnan

Но делитель резистора не решит проблему впрыска. Делитель подаст 3,3 В на контакт до того, как деталь включится.

— Mark

Из таблицы данных я понимаю, что штырь может выдерживать напряжение 4 В даже при выключенном питании (это правильно?). Так что резистор делитель был бы хорошим решением, но потреблял бы энергию постоянно. Я забыл упомянуть, у меня есть жесткие ограничения по этому поводу.

— тусклый

Ответы:

Используйте резисторный делитель (430 кОм / 620 кОм) на Vbus - это будет держать микроконтроллер в спецификациях, и паразитное потребление тока не будет проблемой, так как он будет питаться исключительно от Vbus, а не от батареи (что Я полагаю, вы хотите сохранить).

— ThreePhaseEel
источник

Глупый я ... Я управлял делителем резистора из-за потребления тока, но мои рассуждения были явно неполными. Действительно, это не проблема, чтобы получить питание от Vbus. Теперь, почему никто не делает даже это на своих досках? Сам ST (доска открытий), olimex, ...? Я до сих пор не понимаю этот момент.

— Дим

Вероятно, самый простой способ - использовать резистор с высоким значением (10–100 кОм), питающий большой конденсатор (пару мкФ или более), так что для нарастания напряжения требуется время, я не буду беспокоиться о доле вольт, которая накапливается на конденсаторе во время запуска регулятора, если микро имеет защиту от электростатического разряда, то входы могут выдерживать 5-10 В в течение нескольких десятков мкс

— Сэм
источник

Это звучит великолепно ... но только до тех пор, пока вы не подумаете о том, что происходит, когда отключается питание. Конденсатор может на самом деле ухудшить ситуацию, чем просто иметь резистор большого значения - резистор не может обеспечить большой ток, но заряженный конденсатор может.

— Крис Страттон

не могли бы вы проехать через маленький стабилитрон? В этом разделе таблицы указано VDD + 4V, верно? Если бы у вас был стабилитрон, опускающий рельс до уровня ниже VDD + 4V, это было бы нормально?

— Сэм

Я плохо представляю ваше предложение Зенера без схемы. Но если решение имеет ту же сложность, что и мое (3 дешевых дискретных компонента), я не получу много.

— тусклый

В основном: Input-> zener-> PA9, стабилитрон последовательно со входом в отличие от последовательного резистора, стабилитрон сбрасывает вольт или два, поэтому напряжение на PA9 всегда немного ниже. Если платы разработчиков просто их связывают, то, вероятно, все в порядке, я думаю, что предупреждения могут появиться после включения MCU, но посмотрите, есть ли раздел о последовательности питания или поведении при запуске.

— Сэм

@ На самом деле это моя главная проблема. Я проверил, они ничего не делают. PA9 напрямую подключен к VBUS через порт USB (даже через резистор) на своей демонстрационной плате Discovery. Так что, если я что-то пропустил, это полностью противоречит спецификации. Моя проблема не в самой схеме защиты сама по себе. Я думаю, что мое решение, даже если оно, безусловно, может быть улучшено, может сделать работу. Честно говоря, моя главная проблема заключается в следующем: все ли это действительно необходимо?

— тусклый