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单片机低功耗设计：低功耗设计中的EMC与ESD考虑

1单片机低功耗设计基础

1.1低功耗设计的重要性

在当今的电子设备中，尤其是移动设备和物联网(IoT)应用，低功耗设计变

得至关重要。低功耗设计不仅能够延长设备的电池寿命，减少能源消耗，还能

够降低设备的热量产生，从而提高整体的可靠性和用户体验。对于单片机而言，

低功耗设计意味着在保证功能完整性的前提下，尽可能减少其在运行过程中的

能量消耗。

1.2单片机的功耗模式

单片机通常提供多种功耗模式，以适应不同的应用场景。这些模式包括：

活动模式：单片机在执行代码时的正常工作模式。

空闲模式：CPU停止运行，但RAM和外设仍然保持活动状态，以

快速响应中断。

睡眠模式：CPU和大部分外设停止运行，仅保留必要的时钟和中

断功能，以进一步降低功耗。

深度睡眠模式：几乎所有的系统功能都被关闭，仅保留极少数的

外设，如RTC（实时时钟）。

1.2.1示例：使用STM32单片机的低功耗模式

假设我们正在使用STM32F103单片机，下面是一个简单的代码示例，展示

如何将单片机设置为深度睡眠模式：

#includestm32f10x.h

voidEnterDeepSleepMode(void)

{

//设置电源控制寄存器，使能低功耗模式

PWR-CR|=PWR_CR_LPDS;

//设置系统控制寄存器，使能深度睡眠模式

SCB-SCR|=SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk;

//设置唤醒源，例如，通过外部中断唤醒

EXTI-IMR|=EXTI_IMR_MR0;

//进入深度睡眠模式

1

__WFI();

}

intmain(void)

{

//初始化系统时钟和外设

//...

//进入深度睡眠模式

EnterDeepSleepMode();

//如果有中断唤醒，代码将从这里继续执行

//...

}

在上述代码中，我们首先使能了低功耗模式，并设置了系统控制寄存器以

进入深度睡眠模式。然后，我们配置了一个外部中断作为唤醒源，最后调用

__WFI()函数使单片机进入深度睡眠状态。当外部中断触发时，单片机将从深度

睡眠模式中唤醒，继续执行main()函数中的后续代码。

1.3低功耗设计中的EMC与ESD考虑

在低功耗设计中，电磁兼容性(EMC)和静电放电(ESD)防护是两个不可忽视

的方面。EMC确保设备在电磁环境中正常工作，不会对其他设备产生干扰；

ESD防护则保护设备免受静电放电的损害，尤其是在低功耗模式下，设备对外

部干扰的敏感度会增加。

1.3.1EMC设计考虑

1.电源去耦：使用合适的电容进行电源去耦，以减少电源噪声，特

别是在低功耗模式下，电源噪声可能会影响设备的稳定性。

2.屏蔽和接地：合理设计屏蔽和接地策略，减少电磁干扰和提高设

备的抗干扰能力。

3.信号完整性：确保信号线的布局和设计不会产生过多的辐射，使

用差分信号和控制阻抗等技术。

1.3.2ESD防护设计

1.使用ESD保护二极管：在敏感的输入输出引脚上添加ESD保护二

极管，以吸收静电放电产生的能量。

2.电路布局：合理布局电路板，避免信号线过长或形成环路，减少

ESD的影响。

3.软件防护：在软件中添加错误检测和恢复机制，以应对ESD可能

引起的软错误。

2

1.3.3示例：STM32单片机的EMC和ESD设计

在硬件设计阶段，为了提高STM32单片机的EMC性能，可以采取以下措

施：

电源去耦：在电源引脚附近放置0.1uF和10uF的电容，以吸收高

频和低频的电源噪声。

接地策略：确保单片机的接地引脚与电路板的接地层有良好的连

接，减少地