不外接电池,stm芯片的BAT引脚的处理

"Handling the BAT Pin of STM Chips Without External Battery"

Posted by flank on March 25, 2025

关键要点

研究表明,当没有电池时,VBAT 引脚应连接到 VDD,并加一个 100 nF 陶瓷去耦电容。证据倾向于这种连接方式适用于 STM32F103C8T6、STM32G474RBT6 和 STM32G431CBT6。请参考数据手册和参考手册以确保具体型号的兼容性。

连接建议

对于 STM32F103C8T6、STM32G474RBT6 和 STM32G431CBT6,当没有电池时,建议将 VBAT 引脚连接到 VDD,并添加一个 100 nF 陶瓷去耦电容。这可以确保实时钟 (RTC) 和备份寄存器的正常工作,避免引脚悬空导致的问题。

为什么需要这样做

VBAT 通常用于在主电源关闭时为 RTC 和备份寄存器供电。没有电池时,将其连接到 VDD 可以保持这些功能在主电源可用时的稳定性。添加电容有助于滤波和稳定电压。

意外细节

您可能不知道,VBAT 还可以通过内部 ADC 通道(如 ADC1_IN17)测量其电压,这在监控电源状态时非常有用,但前提是确保连接正确。

详细调查报告

本文详细探讨了 STM32F103C8T6、STM32G474RBT6 和 STM32G431CBT6 微控制器的 VBAT 引脚在没有电池情况下的连接方式,基于官方文档和社区讨论的综合分析。以下是详细内容,旨在为用户提供全面的技术指导。

背景与功能

VBAT 引脚是 STM32 微控制器中用于电池备份域的电源引脚,主要为实时钟 (RTC)、外部 32 kHz 振荡器和备份寄存器供电。当主电源 VDD 关闭时,VBAT 确保这些功能继续运行。研究表明,如果没有外部电池,正确连接 VBAT 是维持系统稳定性的关键。

连接推荐

根据 STM32F10xxx 系列的参考手册 RM0008(STM32F101xx STM32F102xx STM32F103xx STM32F105xx and STM32F107xx advanced Arm-based 32-bit MCUs Reference Manual)和应用笔记 AN2586(Getting started with STM32F10xxx hardware development Application Note),当没有外部电池时,建议将 VBAT 引脚连接到 VDD,并添加一个 100 nF 陶瓷去耦电容。这一做法在 F1 系列中明确说明,具体见第 69 页的电池备份域部分。

对于 G4 系列(包括 STM32G474RBT6 和 STM32G431CBT6),参考手册 RM0440(STM32G4 Series advanced Arm-based 32-bit MCUs Reference Manual)中,虽然未直接陈述,但通过第 6.1.3 节的暗示,同样推荐将 VBAT 连接到 VDD 并添加 100 nF 电容。这与 F1 系列的做法一致,体现了 STM32 系列的通用设计原则。

技术细节与支持证据

F1 系列的具体指导

在 RM0008 中,第 5.1.2 节明确指出:”如果没有使用外部电池,将 VBAT 外部连接到 VDD,并添加一个 100 nF 陶瓷去耦电容。”
AN2586 的表 6(可选组件)提到 3V3 电池为可选,若无电池,则连接 VBAT 到 VDD。
这确保了 RTC 和备份寄存器的正常操作,避免引脚悬空可能导致的电压不稳定。

G4 系列的推导

RM0440 的第 6.1.3 节描述了 VBAT 的功能,提到在没有电池时,系统依赖 VDD 供电备份域。结合社区讨论(如 STMicroelectronics 社区帖子 Can I leave VBAT unconnected?),建议连接到 VDD,并可能需要电容以稳定电压。
STM32G474RB 的数据手册(STM32G474xB/xC/xE Datasheet)未直接说明,但电源方案图(图 16)显示 VBAT 可连接到 VDD,符合上述推导。

社区与论坛支持

Electrical Engineering Stack Exchange 的讨论(Why should I connect Vbat pin of stm32f37x to VDD when there is no battery?)指出,即使 VBAT 悬空可能工作,但连接到 VDD 是最佳实践,以避免通过 ESD 保护二极管供电导致的电压下降。
STMicroelectronics 社区的帖子建议,若不使用 RTC 和相关功能,可连接到 VDD,但仍需电容以确保稳定性。

电气特性与注意事项

  • 电压范围:VBAT 的工作范围为 1.55 V 至 3.6 V(见 G4 数据手册表 82)。
  • 电流消耗:包含在总 MCU 消耗(I_DD_ALL)中,具体见数据手册图 17。
  • 监控功能:VBAT 电压可通过内部 ADC 通道(如 ADC1_IN17)测量,转换值是 VBAT 电压的 1/3(见 RM0440 第 21.4.32 节)。
  • 低功耗模式:在所有低功耗模式和 VBAT 模式下,备份寄存器保持,RTC 可通过 LSE 继续工作(见 RM0440 表 342)。

引脚分配与封装

以下是 VBAT 引脚在不同封装中的位置(基于 STM32G474RB 数据手册表):

封装类型 引脚编号
LQFP48 1
LQFP64 1
LQFP80 1
LQFP100 6
LQFP128 6
WLCSP81 B2
TFBGA100 D3
UFBGA121 C2
UFQFPN48 36

确保根据具体型号和封装选择正确引脚。

潜在争议与不确定性

虽然研究倾向于上述连接方式,但某些社区讨论(如 EEVblog 论坛)提到,若不使用 RTC,可将 VBAT 悬空,但这可能导致不稳定,特别是在电磁干扰环境下。因此,连接到 VDD 并加电容是更安全的选择,特别是在工业应用中。

实际应用建议

  • 硬件设计:在 PCB 设计中,确保 VBAT 到 VDD 的连接短而直接,电容靠近引脚放置以减少寄生电感。
  • 软件配置:若使用 RTC,确保 LSE 振荡器正确配置,必要时通过寄存器(如 RTC_CR 中的 ITSE 位)启用时间戳事件。
  • 监控与测试:利用 ADC 通道监控 VBAT 电压,确保在主电源关闭时系统行为符合预期。

结论

综合以上信息,STM32F103C8T6、STM32G474RBT6 和 STM32G431CBT6 在没有电池时,VBAT 引脚应连接到 VDD,并添加 100 nF 陶瓷去耦电容。这一做法基于官方文档和社区共识,确保系统稳定性和功能完整性。

关键引文

  • STM32F101xx STM32F102xx STM32F103xx STM32F105xx and STM32F107xx advanced Arm-based 32-bit MCUs Reference Manual
  • STM32G4 Series advanced Arm-based 32-bit MCUs Reference Manual
  • Getting started with STM32F10xxx hardware development Application Note
  • Can I leave VBAT unconnected? STMicroelectronics Community Discussion
  • Why should I connect Vbat pin of stm32f37x to VDD when there is no battery? Electrical Engineering Stack Exchange