AVR 单片机硬件供电处理

摘自AVR 单片机应用笔记：AN2519 - AVR® Microcontroller Hardware Design Considerations。

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2. 供电

供电设计是任何硬件设计的关键一环，直接影响到系统的性能。在设计供电时，有两个重要的方面需要考虑：ESD 防护和噪声干扰。这些内容在 应用笔记 AVR040 中有更详细的叙述，本文只提供简短的总结。

2.1 数字电源

大部分AVR 单片机支持宽电压，并且只需要几毫安的供电电流，这可能造成一种误解，让人以为供电设计并不关键。但是就如任何数字电路一样，这个电流只是平均值，实际电流是在每个时钟边沿的极短时间内产生一个尖峰。如果IO 引脚状态在切换，电流尖峰将会增大，比如，一个IO 端口的八个引脚同时切换状态，就会在电源线上形成幅度数百毫安的电流脉冲。如果引脚没有连接负载，脉冲可能只会持续几纳秒。

这样的电流尖峰无法经由较长的供电线满足，主要是被退耦电容吸收。

图 2-1. 不正确的退耦

上图展示了一个退耦不足的例子。电容离单片机太远，产生了较大的大电流环路。这个环路经过了电源和地平面，电流波动发射的噪声就更容易扩散到同一个板上的其他器件，从而增大了电路板整体的电磁辐射，整个地平面就会变成发射噪声信号的天线。如果单片机的电源和地引脚直接连接到对应平面，而退耦电容放在较远的位置，并且也直连到对应平面，那么就可能形成这个例子的效果。在某些安装了表贴器件的电路板上，如果芯片和退耦电容分别放在电路板的两面，有时就会观察到这种现象。

图2-2 中展示了更好的电容连接方式，大电流环路不再经过电源和地平面。图中还展示了另一种提高退耦效果的措施——电源线上串联的磁珠减少了传导到电源平面上的开关噪声。串联的磁珠必须具有足够低的直流电阻，以避免造成过大的直流压降。如果单片机的电源本身提供了充分的滤波，那么磁珠就不一定是必要的。

图 2-2. 串联磁珠的电源退耦

另一种退耦方式是将器件的电源和地引脚直连到对应平面，而退耦电容则在离电源引脚尽量近的位置连接到平面。对于较大封装的器件，最好的方法可能是将退耦电容放在电路板的另一面，同时使其尽量靠近电源引脚。这种方法的缺点就是更容易通过平面传导噪声，所以更要注意设计充足的电源滤波。

对于AVR 单片机，电源和地引脚通常放的很近，相比工业标准引脚分布，这样能提供更好的退耦。DIP 封装的工业标准引脚分布将电源和地引脚放在了封装的两个对角上。对于有多组电源和地引脚的器件，必须为每一对引脚连接退耦电容。

2.2 模拟电源

具有内置ADC 外设的AVR 单片机可能有一个单独的模拟电源引脚，AVCC。这能保证芯片内部模拟电路不易受到来自数字电源的开关噪声影响。

为了提高ADC 的精度，必须为模拟电源提供单独的退耦处理，与数字电源相似。如果单片机还有单独的模拟地（AGND）引脚，就应该将模拟地和数字地分离开，在电源的GND 处将两者单点连接。