1、引言

本应用笔记为系统开发者概述了开发板特性的硬件实现。开发板特性为供电电源、时钟管理、复位控制、自举模式设置和调试管理。

本文档详细介绍了如何使用 STM32U575xx 和 STM32U585xx 微控制器（也称为STM32U575/585）。其中介绍了使用这些 MCU开发应用程序所需的最少硬件资源。

本文还包括了详细的参考设计原理图，说明了其主元件、接口和模式。本文档适用于基于 Arm®的 STM32U575/585 微控制器。

2、电源管理

2.1 电源

STM32U575/585 器件要求 1.71 至 3.6 V 的工作电压电源（VDD）。

下面列出的独立电源可用于特定外设：

• VDD = 1.71 V 至 3.6 V

VDD 是为 I/O、内部稳压器和系统模拟信号（如复位、电源管理和内部时钟）供电的外部电源。VDD 通过VDD 引脚从外部提供。

• VDDA = 1.58 V (COMPs) / 1.6 V (DACs/OPAMPs) / 1.62 V (ADCs) / 1.8 V (VREFBUF) 至 3.6 V

VDDA 是为 A/D 转换器、D/A 转换器、电压参考缓冲器、运算放大器和比较器供电的外部模拟电源。VDDA 电压电平独立于 VDD 电压。不使用这些外设时，VDDA 引脚必须优先连接至 VDD 电压电源。

提示 如果 VDDA 引脚保持为高阻抗或连接至 VSS，则可施加到 I/O（具有'_a' I/O 结构）上的最大输入电压将降低（参见器件数据手册以了解更多详细信息）。

• VDDSMPS = 1.71 V 至 3.6 V

VDDSMPS 是为 SMPS 降压转换器供电的外部电源。它通过 VDDSMPS 引脚从外部提供，且必须连接到与VDD 引脚相同的电源。

• VLXSMPS

VLXSMPS 引脚是开关 SMPS 降压转换器输出。

• VDD11

VDD11 是通过内部 SMPS 降压转换器 VLXSMPS 引脚提供的数字内核电源。仅出现在具有内部 SMPS 的封装上的两个 VDD11 引脚连接至总量为 4.7 µF（典型值）的外部电容。此外，每个 VDD11 引脚需要一个 100 nF陶瓷电容。

• VCAP

VCAP 是来自内部 LDO 稳压器的数字内核电源。VCAP 引脚（一个或两个）仅出现在只具有 LDO（无SMPS）的封装上，需要连接至总量为 4.7 μF（典型值）的外部电容。此外，每个 VCAP 引脚需要一个 100nF 陶瓷电容。

提示 – 如果有两个 VCAP 引脚（UFBGA169 封装），则每个引脚必须连接至 2.2 µF 电容（总量约为 4.4 µF）（最大 4.7 µF）。每个 VCAP 还需要一个 100 nF 陶瓷电容。

– SMPS 电源引脚（VLXSMPS、VDD11、VDDSMPS、VSSSMPS）仅在具有 SMPS 的封装上可用。在此类封装中，STM32U575/585 器件并联嵌入了两个稳压器（一个 LDO 和一个 SMPS），以便为数字外设提供VCORE 电源。VDD11 引脚上需要总 4.7 μF 的外部电容和 2.2 µH 线圈。此外，每个 VDD11 引脚需要一个100 nF 陶瓷电容。

– Flash 由 VCORE 和 VDD 供电。

• VDDUSB = 3.0 V 至 3.6 V

VDDUSB 为外部独立电源，为 USB 收发器供电。VDDUSB 电压电平独立于 VDD 电压。不使用 USB 时，VDDUSB 引脚必须优先连接至 VDD 电压电源。

提示如果 VDDUSB 引脚保持为高阻抗或连接至 VSS，则可施加到 I/O（具有'_u' I/O 结构）上的最大输入电压将降低（参见器件数据手册以了解更多详细信息）。

• VDDIO2 = 1.08 V 至 3.6 V

VDDIO2 是为 14 个 I/O (port G[15:2])供电的外部电源。VDDIO2 电压级别与 VDD 电压无关，不使用 PG[15:2]时，最好连接到 VDD。

提示 在小封装上，VDDA、VDDIO2 或 VDDUSB 独立电源可能不作为专用引脚出现，且内部连接至 VDD 引脚。如果产品上不支持某功能，则该功能也不会出现。

• VBAT = 1.65 V 至 3.6 V（保证功能降至 VBOR_VBAT 最小值，参见产品数据手册）

当 VDD 掉电时（通过电源开关），VBAT 为 RTC、TAMP、外部时钟 32 kHz 振荡器、备份寄存器和可选备份SRAM 提供电源。

• VREF- 和 VREF+

VREF+ 为 ADC 和 DAC 的输入参考电压。使能时，它还是内部电压参考缓冲器（VREFBUF）的输出。当ADC 和 DAC 不使能时，VREF+引脚可接地。

内部电压参考缓冲器支持四个输出电压，可利用 VREFBUF_CSR 寄存器中的 VRS[2:0]字段进行配置：

– VREF+大约为 1.5 V。这要求 VDDA ≥ 1.8 V。

– VREF+大约为 1.8 V。这要求 VDDA ≥ 2.1 V。

– VREF+大约为 2.048 V。这要求 VDDA ≥ 2.4 V。

– VREF+大约为 2.5 V。这要求 VDDA ≥ 2.8 V。

VREF- 和 VREF+ 引脚并非在所有封装上可用。当不可用时，它们分别与 VSSA 和 VDDA 引脚绑定。

当 VREF+引脚与 VDDA 在一个封装中互相绑定时，内部 VREFBUF 不可用且必须禁用。

VREF- 必须始终等于 VSSA。

下图显示了 STM32U575/585 器件电源概述，具体取决于 SMPS 存在性。

在无 SMPS 的器件中，I/O 和系统模拟外设（如 PLL 和复位模块）由 DD 电源供电。为数字外设和存储器供电的VCORE 电源由 LDO 生成。

提示 如果选定的封装具有 SMPS 降压转换器选项，但 SMPS 不被应用程序使用（而是使用嵌入式 LDO），则建议设置 SMPS 电源引脚，如下所示：

• 将 VDDSMPS 和 VLXSMPS 连接至 VSS

• 将 VDD11 引脚通过两个(2.2 µF + 100 nF)电容连接至 VSS（如在正常模式下）

2.1.1 独立模拟外设电源

为了提高 ADC 和 DAC 转换精度、扩展供电的灵活性，模拟外设配有独立电源，可以单独滤波并屏蔽 PCB 上的噪声。

模拟外设的电压电源输入在单独的 VDDA 引脚上可用。VSSA 引脚提供了独立的电源接地连接。

VDDA 电源电压可与 VDD 不同。复位后，由 VDDA 供电的模拟外设是逻辑隔离且电隔离的，因而不可用。当 VDDA电源存在时，使用这些外设前，必须通过设置 PWR_SVMCR 寄存器中的 ASV 位，解除此隔离。

VDDA 电源可由模拟电压监测(AVM)监控，并与两个阈值（AVM1 为 1.6 V，而 AVM2 为 1.8 V）进行比较。有关更多详细信息，请参见器件数据手册和参考手册的“外设电压监测(PVM)”部分。

当使用单供电时，VDDA 引脚可外部连接至同一 VDD 电源，为得到无噪声的 VDD 参考电压，需通过外部滤波电路。

ADC 和 DAC 参考电压

为确保低电压输入和输出上的更好精度，用户可将 VREF+连接至一个独立的、低于 VDDA 的参考电压源。

对于模拟输入 （ADC）或输出 （DAC）信号， VREF+为最高电压，以满量程值表示。VREF+可由外部参考或VREFBUF（可以输出可配置电压：1.5、1.8、2.048 或 2.5 V）来提供。VREFBUF 还可通过 VREF+引脚为外部元件提供电压。

有关更多信息，请参见器件数据手册和参考手册的“电压参考缓冲器(VREFBUF)”部分。

2.1.2 独立 I/O 电源轨

来自端口 G（PG[15:2]）的一些 I/O 由单独的电源轨供电。此轨的电源范围为 1.08 V 至 3.6 V，可通过 VDDIO2 引脚外部提供。VDDIO2 电压电平完全独立于 VDD 或 VDDA。

VDDIO2 引脚仅可用于一些封装（参见数据手册中的引脚排列详细信息，以了解 I/O 列表）。

复位后，由 VDDIO2 供电的 I/O 是逻辑隔离且电隔离的，因而不可用。当 VDDIO2 电源存在时，从 PG[15:2]使用任一I/O 前，必须通过设置 PWR_SVMR 寄存器中的 IO2SV 位，解除此隔离。

VDDIO2 电源由 VDDIO2 电压监测(IO2VM)监控且与内部参考电压（3/4 VREFINT，约为 0.9 V）进行比较。有关更多详细信息，请参见器件数据手册和参考手册的“外设电压监测(PVM)”部分。

2.1.3 独立的 USB 收发器电源

USB 收发器通过一个单独的电源 VDDUSB 供电。VDDUSB 范围从 3.0 V 到 3.6V，完全独立于 VDD 或 VDDA。

复位后，由 VDDUSB 供电的 USB 功能是逻辑隔离且电隔离的，因而不可用。当 VDDUSB 电源存在时，使用 USB OTG 外设前，须通过设置 PWR_SVMR 寄存器中的 USV 位，解除此隔离。

VDDUSB 电源由 USB 电压监测(UVM)监控且与内部参考电压（VREFINT，约为 1.2 V）进行比较。有关更多详细信息，请参见器件数据手册和产品参考手册的“外设电压监测(PVM)”部分。

2.1.4 电池备份域

为了在 VDD 掉电时，还能保留备份寄存器的内容，且为 RTC 供电，可将 VBAT 引脚连接到电池或者其他备用电源上。

VBAT 引脚为 RTC、TAMP、LSE 振荡器和 PC13 到 PC15 I/O 供电，允许 RTC 在主电源关闭时也可工作。

当在 PWR_BDCR1 寄存器中设置 BREN 位时，可通过 VBAT 引脚为备份 SRAM 供电。

VBAT 电源的开关由复位模块中内置的掉电复位电路进行控制。

Caution:

• 在 tRSTTEMPO（VDD 启动时）或 PDR（下电复位）检测期间，VBAT 和 VDD 之间的电源开关仍连接到 VBAT引脚。

• 在启动阶段，如果 VDD 的建立时间小于 tRSTTEMPO（有关 tRSTTEMPO 的值，参见数据手册）且 VDD > VBAT+ 0.6 V，会有电流经由 VDD 引脚和电源开关(VBAT)之间连接的内部二极管注入 VBAT 引脚。如果连接到VBAT 引脚的电源/电池无法承受此注入电流，则强烈建议在该电源与 VBAT 引脚之间连接一个低压降二极管。如果没有使用任何外部电池，建议将该 VBAT 引脚连接到带有 100 nF 外部去耦电容的 VDD 上。

通过 VDD 对备份域供电时（模拟开关连接到 VDD 引脚），以下引脚可用：

• PC13、PC14 和 PC15，可用作 GPIO 引脚

• PC13、PC14 和 PC15——三个引脚可由 RTC 或 LSE 进行配置（参见参考手册的 RTC 部分）

• 下列引脚，由 TAMP 配置为篡改引脚：

– PE3（TAMP_IN6/TAMP_OUT3）

– PE4（TAMP_IN7/TAMP_OUT8）

– PE5（TAMP_IN8/TAMP_OUT7）

– PE6（TAMP_IN3/TAMP_OUT6）

– PC13（TAMP_IN1/TAMP_OUT2）

– PA0（TAMP_IN2/TAMP_OUT1）

– PA1（TAMP_IN5/TAMP_OUT4）

– PC5（TAMP_IN4/TAMP_OUT5）

提示

• 由于电源开关仅能传递有限的电流(3 mA)，因此使用输出模式的 PC13 到 PC15 I/O 受限：速率必须限制在2 MHz，最大负载为 30 pF。这些 I/O 不能作为电流源使用（如，驱动 LED）。

• 在 VDD 下，TAMP_OUTx 引脚（PE3、PE4、PE5、PE6、PA0、PA1、PC5）与其连接到的 GPIO 保持相同的速度特性。但是，在 VBAT 下，TAMP_OUTx 引脚的速度必须限制为 500 kHz。

• 在 VDD 或 VBAT 下，PC13 引脚的速度必须始终限制为 2 MHz。

备份域访问

系统复位后，备份域（RCC_BDCR、PWR_BDCR1、RTC、TAMP、备份寄存器及备份 SRAM）将受到保护，以防止意外的写访问。要使能对备份域的访问，请按以下步骤进行操作：

1. 通过在 RCC_AHB3ENR 寄存器中设置 PWREN 位，使能电源接口时钟。

2. 在 PWR_DBPR 寄存器中设置 DBP 位，使能对备份域的访问。

VBAT 电池充电

当 VDD 存在时，可通过 5 kΩ 或 1.5 kΩ 的内部电阻为 VBAT 上的外部电池供电，具体取决于 PWR_BDCR2 寄存器中的 VBRS 位。

可通过在 PWR_BDCR2 中设置 VBE 位来使能电池充电。在 VBAT 模式下自动禁用。

2.1.5 调压器

STM32U575/585 器件并联嵌入了以下内部调节器，以便为数字外设、SRAM1/2/3/4 和嵌入式 Flash 存储器提供VCORE 电源：

• SMPS 降压转换器

• LDO（线性电压稳压器）

可以在应用程序运行时进行选择，具体取决于应用需求。SMPS 可降低功耗，但 SMPS 产生的噪音可能会影响一些外设行为，需要应用程序在运行外设时切换至 LDO，以达到最佳性能。

除了待机电路和备份域，LDO 或 SMPS 可用于所有电压调节范围（范围 1/2/3/4）、所有停止模式（停止 0/1/2/3）和待机模式（有 SRAM2）（参见参考手册中的“低功耗模式总结”表）。

无 SMPS 的 STM32U575/585 器件仅嵌入了 LDO 稳压器，该稳压器可控制所有电压调节范围和功耗模式。

动态电压调节管理

LDO 和 SMPS 稳压器可提供四种不同的电压（电压调节），且可在所有停止模式下工作。这两种稳压器均可在以下范围操作：

• 范围 1（1.2 V、160 MHz），高性能：提供 1.2 V 的典型输出电压，且在系统时钟频率高达 160 MHz 时使用。

• 范围 2（1.1 V、110 MHz），中/高性能：提供 1.1 V 的典型输出电压，且在系统时钟频率高达 110 MHz 时使用。

• 范围 3（1.0 V、55 MHz），低/中功率：提供 1.0 V 的典型输出电压，且在系统时钟频率高达 55 MHz 时使用。

• 范围 4（0.9 V、25 MHz），低功率：提供 0.9 V 的典型输出电压，且在系统时钟频率高达 25 MHz 时使用。

通过 PWR_VOSR 寄存器中的 VOS[1:0]字段选择电压调节。

Caution:

在将范围 1 和范围 2 中的系统时钟频率增加至超过 50 MHz 之前，必须启用EPOD（嵌入式功率分配）加速器且使其就绪（有关在电压调节范围之间切换的顺序，参见参考手册）。

2.1.6 I/O 模拟开关的供电

一些 I/O 嵌入模拟开关，用于模拟外设（ADC、COMP、DAC）和 TSC（触摸感应控制器）功能。默认情况下，这些开关由 VDDA 供电，但可以由 VDDA 升压器或 VDD 供电，具体取决于SYSCFG_CFGR1 寄存器中 ANASWVDD和 BOOSTEN 位的配置。

建议在 VDDA、VDDA 升压器和 VDD 之间以最高电压值为 I/O 开关供电。

提示 如果可能，选择噪音通常较小的 VDDA 或 VDDA 升压器，而非 VDD。TSC 功能的模拟开关由 VDD 供电。

2.2 电源方案

器件通过稳定的 VDD 电源供电，如下所述：

• VDD 引脚必须连至带有外部去耦电容的 VDD：封装的 10 μF（典型值，最低 4.7 µF）单个钽电容或陶瓷电容，及每个 VDD 引脚的 100 n 陶瓷电容。

• VDD11 引脚仅出现在有 SMPS 的封装上。SMPS 降压转换器需要在 VLXSMPS 和 VDD11 引脚之间连接一个2.2 μH（典型值）外部陶瓷线圈。此外，将 VDD11 引脚上的两个 2.2 μF 电容连接到 VSSSMPS 引脚。接着，需要在每个 VDD11 引脚和接地之间连接一个 100 nF 陶瓷电容。

• VCAP 引脚仅出现在标准封装（无 SMPS）上。它需要将一个 4.7 µF（典型值）外部去耦电容连接至 VSS。如果有两个 VCAP 引脚（UFBGA169 封装），则每个 VCAP 引脚必须连接至 2.2 µF（典型值）电容（最大4.7 µF）。此外，需要在每个 VCAP 引脚和接地之间连接一个 100 nF 陶瓷电容。

• VDDA 引脚必须连至两个外部去耦电容，100 nF 陶瓷电容和 1 µF 钽电容或陶瓷电容。可采用更多措施过滤数字噪声：VDDA 可通过铁氧体磁环连至 VDD。

• VDDIO2 引脚必须连接至 4.7 µF 的外部去耦电容、钽电容或陶瓷电容。此外，每个 VDDIO2 引脚需要一个外部 100 nF 陶瓷电容。

• VDDUSB 引脚必须连接至外部 100 nF 陶瓷电容。

• VREF+引脚可通过外部电压参考提供。这种情况下，必须在此引脚上连接外部 100 nF + 1 μF 钽或陶瓷电容。它也可由 VREFBUF 内部供电。这种情况下，此引脚上必须连接外部 100 nF + 1 μF（典型值）电容。

• VBAT 引脚可连接至外部电池来保持备份域内容：

– 当 VDD 存在时，可通过 5 kΩ 或 1.5 kΩ 的内部电阻为 VBAT 上的外部电池充电。这种情况下，用户可以根据预期的放电时间插入一个电容（建议 1 µF）。

– 如果没有使用任何外部电池，建议将该 VBAT 引脚连接到带有 100 nF 外部去耦电容的 VDD 上。

• VDDUSB 引脚在出现在封装中时可以连接至 100 nF 的陶瓷电容。

下图详细介绍了有 SMPS 和无 SMPS 封装的供电方案。

Caution:

如果有两个 VCAP 引脚（UFBGA169 封装），则每个引脚必须连接至 2.2 µF（典型值）电容（总量约为 4.4µF）。

提示

• SMPS 和 LDO 稳压器同时提供 VCORE 电源，具体取决于应用需求。但是，同时只能有其中一个稳压器为有效。当 SMPS 有效时，它在通过 SMPS VLXSMPS 输出引脚提供的两个 VDD11 引脚上向VCORE 馈电。然后，在每个 VDD11 引脚上需要一个 2.2 µH 线圈和 2.2 μF 电容。LDO 在有效时向 VCORE 供电并使用VDD11 引脚上的相同去耦电容对其进行调节。

• 需要在每个 VDD11 引脚/焊球附近添加一个 100 nF 的去耦电容。

2.3 VDDA、VDDUSB、VDDIO2 和 VDD 之间的供电排序

2.3.1 电源隔离

器件具有强大的复位系统，该系统可确保主电源(VDD)在释放 MCU 复位之前达到有效的工作范围。

此复位系统还负责隔离独立的电源域：VDDA、VDDUSB、VDDIO2 和 VDD。此复位系统由 VDD 供电且在 VDD 达到最低电压（在最差条件下为 1 V）之前不工作。

为了避免在可用电源和 VDD（或接地）之前泄漏电流，在下电期间必须先将 VDD 供应至 MCU，最后再释放（有容差）（参见第 2.3.3 节 ）。

2.3.2 一般要求

在上电和下电阶段，必须遵守以下电源序列要求：

• 当 VDD 低于 1 V 时，其他电源（VDDA、VDDIO2 和 VDDUSB）必须保持低于 VDD + 300 mV。

• 当 VDD 超过 1 V 时，所有电源均为独立。

提示 VBAT 是独立的电源且没有限制与 VDD。所有电源干线可连接到一起。

2.3.3 下电阶段的特定条件

在下电阶段，VDD 仅在为 MCU 提供的能量仍低于 1 mJ 时暂时低于其他电源。这使外部去耦电容在下电瞬态阶段以不同的时间常量放电（参见图 5）。

VDDX（VDDA、VDDIO2 或 VDDUSB）电源轨必须在 DD 之前关闭。

提示 在下电瞬态阶段，VDDX 可仍临时超过 VDD（参见图 5）。

下电阶段向 MCU 提供能量的计算示例

如果 VDDX 上的去耦电容总和为 10 μF 且 VDD 降至 1 V 以下，而 VDDX 仍为 3.3 V，则去耦电容中的剩余能量为：

E = ½ C x V2 = ½ x 10-5 x 3.32 = 0.05 mJ

去耦电容中的剩余能量低于 1 mJ，因此，可接受 MCU 对其进行吸收。

2.4 复位和电源监控

2.4.1 欠压复位（BOR）

器件具有欠压复位(BOR)电路。除关断模式外，BOR 在所有功耗模式下均激活，且不可禁用。BOR 监测备份域电源电压，即在存在时为 VDD，不存在时为 VBAT。

通过选项字节，可对 5 个 BOR 阈值进行选择。

上电期间，BOR 将使器件保持复位状态，直到电源电压 VDD 达到指定的 VBORx 阈值。当 VDD 降至所选阈值以下时，将使器件复位。当 VDD 高于 VBORx 上限时，释放器件复位，系统可以启动。

有关欠压复位阈值的详细信息，参见数据手册的电气特性部分。

2.4.2 系统复位

除了寄存器 RCC_CSR 中的复位标志和备份域中的寄存器外，系统复位会将其它全部寄存器都复位为复位值。

只要发生以下事件之一，就会产生系统复位（参见参考手册以了解更多详细信息）：

• NRST 引脚低电平（外部复位）

• 窗口看门狗事件（WWDG 复位）

• 独立看门狗事件（IWDG 复位）

• 软件复位

• 低功耗模式安全复位

• 选项字节加载复位

• 欠压复位

这些源均作用于 NRST 引脚，该引脚在时延阶段中始终保持低电平。通过启动选项字节选择复位服务入口向量。

芯片内部的复位信号会向 NRST 引脚上输出一个低电平脉冲。脉冲发生器可确保每个内部复位源的复位脉冲都至少持续 20 µs。对于外部复位，在 NRST 引脚处于低电平时产生复位脉冲。

内部复位情况下，内部上拉 RPU 失效，从而节约功耗。

2.4.3 备份域复位

只要发生以下事件之一，就会产生备份域复位：

• 软件复位，通过在 RCC_BDCR 寄存器中设置 BDRST 位来触发

• 在电源 VDD 和 VBAT 都已掉电后，其中任何一个又再上电

备份域复位仅影响 LSE 振荡器、RTC 和 TAMP、备份寄存器、备份 SRAM、RCC_BDCR 和 PWR_BDCR1 寄存器。

3、封装

3.1 封装总览

封装选择必须考虑一些主要取决于应用的限制。

下面汇总了最常见的一些限制：

• 需要的接口数量：部分封装可能缺乏某些接口。某些接口组合在有的封装上可能没有。

• PCB 技术限制：窄间距和高焊球密度可能要求更多的 PCB 层数和更高级的 PCB。

• 封装高度

• 可用的 PCB 面积

• 噪声发射或者高速接口的信号完整性

• 更小的封装通常具有更好的信号完整性。由于窄间距和高焊球密度需要多层 PCB，这样可以有更好的电源/地分布，因此这一点得到进一步增强。

• 与其它器件的兼容性

3.2 引脚排列总览

Caution:在上表的几乎所有电源引脚中，有 SMPS 和无 SMPS 的 STM32U575/585 封装彼此无法兼容。

示例：在有 SMPS 的封装上，VDDIO2 为引脚号 130。而在无 SMPS 的封装上，引脚 130 映射到VSS 引脚。这意味着在 SMPS 插座上安装传统封装时，系统短路。

4、时钟

可以使用下列时钟源来驱动系统时钟 (SYSCLK)：

• HSI16：高速内部 16 MHz RC 振荡器时钟

• MSIS：多种速率内部 RC 振荡器时钟

• HSE：高速外部晶振或时钟，从 4 到 50 MHz

• PLL1 时钟从复位中启动后，MSIS 用作系统时钟源，配置为 4 MHz。
器件具有以下附加时钟源：

• MSIK：多种速率内部 RC 振荡器时钟，用于外设内核时钟

• LSI：32 kHz 低速内部 RC，该 RC 用于驱动独立看门狗，也可选择提供给 RTC 用于停机和待机模式下的自动唤醒

• LSE：32.768 kHz 低速外部晶振或时钟，用于驱动实时时钟(rtc_ck)