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

某客戶在其產品的設計中，使用了STM32L476RGT6?？蛻粼陂_發(fā)過程中，發(fā)現(xiàn)當進入STOP2模式后，MCU 的電流保持在179.6uA，遠大于數據手冊中所描述的值：1.18uA (3V 工作電壓 & 室溫 & 無LCD& 無RTC)。

調研

1.了解問題

首先，我們先確認這個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，根據參考手冊，在3V 的供電電壓下，這個電流應該是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

根據代碼和現(xiàn)象確認MCU 已經進入了STOP2 模式。那么，這個電流是如何產生的呢？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雜，沒有很明顯可能會導致往外輸出電流的情況。結合電路圖，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部上拉的復用開漏功能模式使用了內部上拉電阻，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整，也就是說，它們仍然帶著內部上拉電阻并保持I2C 功能的開漏輸出結構。

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)代碼中將數據寫入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，數據還在發(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 數據還在發(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 配置結構圖：

到此，這個問題基本就理清楚了：當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 經過上拉電阻流入I/O 口內部，經過N-MOS 流入VSS。若此時進入STOP2 模式，由于Vcore 域的所有時鐘停止，導致I2C 外設時鐘停止，那么此I/O 狀態(tài)被保持，將導致在STOP 2 模式下電流持續(xù)產生。

STM32L476 的內部上拉電阻為25~55kΩ，標稱值為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
因為內部上拉電阻并非剛好40 kΩ，所以我們測得到179.6uA就是相當地正常了。

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：

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

于是，需要對代碼進行修改：在進入STOP2 模式之前，將I2C 外設進行復位，復位后將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，與數據手冊相符。

結論

由于在進入STOP2 模式之前沒有對I2C 進行復位及I/O 口處理，導致在STOP2 模式中產生了漏電流。

處理

在進入STOP2 模式下，請確保所有不相關的外設都已經被正確復位或禁用，并配置I/O口為相應的正確結構。此種情況還容易發(fā)生在使用操作系統(tǒng)的應用中，因為多個任務的調度很容易讓使用者在進入STOP2模式時忘記對所有的外設進行檢測。所以，在進入STOP2 模式前，請檢查一下其他任務的工作情況，是否還有外設在傳輸數據還沒傳輸完，是的話需要等待其結束，確保所有數據傳輸完成后，對外設進行復位或禁用，再進入STOP2模式。