STM32F4xxxx MCU

AN4488 应用笔记 STM32F4xxxx MCU 硬件开发入门 前言 本应用笔记为系统设计人员提供了所需的开发板硬件实现概述, 关注如下特性 : 电源 封装选择 时钟管理 复位控制 自举模式设置 调试管理 本文档展示了如何使用表 1 中列举的大容量高性能微控制器, 同时讲述了基于这些产品开发应用所需的最低硬件资源要求 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 表 1. 适用产品 类型 产品编号 STM32F401xB / STM32F401xC STM32F401xD / STM32F401xE STM32F405xx / STM32F407xx 微控制器 STM32F411xC / STM32F411xE STM32F415xx / STM32F417xx STM32F427xx / STM32F429xx STM32F437xx / STM32F439xx STM32F446xx 2015 年 9 月 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3] 1/44 www.st.com

目录 AN4488 目录 1 参考文档................................................... 6 2 电源....................................................... 7 2.1 前言...................................................... 7 2.1.1 独立 A/D 转换器电源和参考电压............................... 7 2.1.2 电池备份................................................. 7 2.1.3 调压器................................................... 8 2.2 电源方案................................................... 8 2.3 复位和电源监控............................................ 10 2.3.1 上电复位 (POR)/ 掉电复位 (PDR)............................. 10 2.3.2 可编程电压检测器 (PVD).................................... 10 2.3.3 系统复位................................................ 11 2.3.4 PDR_ON 电路示例......................................... 12 2.3.5 NRST 电路示例 ( 仅用于 STM32F411xx 和 STM32F446xx)........ 14 2.3.6 调压器 OFF 模式.......................................... 16 2.3.7 调压器 ON/OFF 及内部复位 ON/OFF 的可用性................... 17 3 封装...................................................... 18 3.1 封装选择.................................................. 18 3.2 引脚排列兼容性............................................ 20 3.2.1 STM32F4x 系列兼容性..................................... 21 3.2.2 STM32F1x 和 STM32F2x 系列兼容性.......................... 23 3.3 引脚复用映射.............................................. 25 4 时钟...................................................... 26 4.1 HSE OSC 时钟............................................. 26 4.1.1 外部源 (HSE 旁路 )....................................... 27 4.1.2 外部晶振 / 陶瓷谐振器 (HSE 晶振 )........................... 27 4.2 LSE OSC 时钟............................................. 28 4.2.1 外部源 (LSE 旁路 )....................................... 28 4.2.2 外部晶振 / 陶瓷谐振器 (LSE 晶振 )........................... 28 4.3 时钟安全系统 (CSS)......................................... 29 5 自举配置.................................................. 30 2/44 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3]

AN4488 目录 5.1 自举模式选择.............................................. 30 5.2 自举引脚连接.............................................. 30 5.3 嵌入式自举模式............................................ 31 6 调试管理.................................................. 32 6.1 前言..................................................... 32 6.2 SWJ 调试端口 ( 串行接口和 JTAG)............................ 32 6.3 引脚排列和调试端口引脚..................................... 32 6.3.1 SWJ 调试端口引脚......................................... 32 6.3.2 灵活的 SWJ-DP 引脚分配................................... 33 6.3.3 JTAG 引脚上的内部上拉和下拉............................... 33 6.3.4 使用标准 JTAG 连接器的 SWJ 调试端口连接.................... 34 7 建议...................................................... 35 7.1 印刷电路板................................................ 35 7.2 元件位置.................................................. 35 7.3 接地和供电 ( V DD ).................................... 35 7.4 去耦..................................................... 35 7.5 其它信号.................................................. 36 7.6 不使用的 I/O 和特性......................................... 36 8 参考设计.................................................. 37 8.1 说明..................................................... 37 8.1.1 时钟.................................................... 37 8.1.2 复位.................................................... 37 8.1.3 启动模式................................................ 37 8.1.4 SWJ 接口................................................ 37 8.1.5 电源.................................................... 37 8.2 元件参考.................................................. 38 9 修订历史.................................................. 43 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3] 3/44 3

表格索引 AN4488 表格索引 表 1. 适用产品................................................................ 1 表 2. 参考文档................................................................ 6 表 3. 调压器 ON/OFF 及内部供电监控器的可用性................................... 17 表 4. 封装总览 ( 不包括 WCSP)................................................ 18 表 5. WCSP 封装总览......................................................... 19 表 6. 引脚排列总览........................................................... 20 表 7. 自举模式............................................................... 30 表 8. 调试端口引脚分配........................................................ 33 表 9. 用到的 SWJ I/O 引脚...................................................... 33 表 10. 必备元件............................................................... 38 表 11. 可选元件............................................................... 38 表 12. 所有封装的参考连接...................................................... 40 表 13. 文档修订历史........................................................... 43 表 14. 中文文档修订历史........................................................ 43 4/44 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3]

AN4488 图片索引 图片索引 图 1. 电源方案................................................................ 9 图 2. 上电复位 / 掉电复位波形................................................... 10 图 3. PVD 阈值.............................................................. 11 图 4. 复位电路............................................................... 11 图 5. PDR_ON 简单电路示例 (STM32F411xx 和 STM32F446xx 不需要 )................................... 12 图 6. PDR_ON 时序示例 ( 不按比例, STM32F411xx 和 STM32F446xx 不需要 ).......................... 13 图 7. NRST 电路示例 图 8. ( 仅用于 STM32F411xx 和 STM32F446xx).................................... 14 NRST 电路时序示例 ( 不按比例, 只适用于 STM32F411xx 和 STM32F446xx)......................... 15 图 9. BYPASS_REG 监控器复位连接............................................. 16 图 10. STM32F4 系列的 LQFP64 封装兼容板设计.................................... 21 图 11. STM32F4 系列的 LQFP100 封装兼容板设计................................... 22 图 12. 图 13. 图 14. 图 15. 图 16. STM32F4xx / STM32F446xx 兼容的电路板设计用于 LQFP144 封装...................................................... 22 STM32F10xx/STM32F4xx 兼容的电路板设计用于 LQFP64 封装....................................................... 23 STM32F10xx/STM32F2xx/STM32F4xx 兼容的电路板设计用于 LQFP100 封装...................................................... 23 STM32F10xx/STM32F2xx/STM32F4xx 兼容的电路板设计用于 LQFP144 封装...................................................... 24 STM32F2xx 和 STM32F4xx 兼容的电路板设计用于 LQFP176 和 UFBGA176 封装.......................................... 24 图 17. STM32CubeMX 示例截图.................................................. 25 图 18. HSE 外部时钟........................................................... 26 图 19. HSE 晶振 / 陶瓷谐振器.................................................... 26 图 20. LSE 外部时钟........................................................... 28 图 21. LSE 晶振 / 陶瓷谐振器.................................................... 28 图 22. 启动模式选择实现样例.................................................... 30 图 23. 主机到板的连接.......................................................... 32 图 24. JTAG 连接器实现........................................................ 34 图 25. V DD / 引脚对的典型布局................................................ 36 图 26. STM32F407IG (H6) 微控制器参考原理图.................................... 39 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3] 5/44 5

参考文档 AN4488 1 参考文档 以下文档可从 www.st.com 获得 参考 AN2867 AN2606 AN3364 表 2. 参考文档标题 ST 微控制器振荡器设计指南 STM32 微控制器系统存储器自举模式 STM32 微控制器应用移植和兼容性指南 6/44 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3]

AN4488 电源 2 电源 2.1 前言 工作电压 (V DD ) 范围是 1.8 V 到 3.6 V, 正如产品数据手册所述, 在某些约束条件下也可以降低至 1.7 V 内嵌的稳压器用于提供内部 1.2 V 数字电源 当主电源 V DD 断电时, 可通过 V BAT 电压为实时时钟 (RTC) 和备份寄存器供电 2.1.1 独立 A/D 转换器电源和参考电压 2.1.2 电池备份 为了提高转换精度, ADC 配有独立电源引脚, 可以单独滤波并屏蔽 PCB 上的噪声 ADC 电压源从单独的 V DDA 引脚输入 A 引脚提供了独立的电源接地连接在所有情况下, VSSA 引脚应该外部连接到相同的供电地, 而不是 VSS 在具有 100 个或更多引脚的封装上 为了确保测量低电压时具有更高的精度, 用户可以在 V REF+ 上连接单独的 ADC 外部参考电压输入 V REF+ 上的电压的取值范围是从 (V DDA - 1.2 V) 到 V DDA ( 最小值为 1.7 V) 当存在 Vref- 引脚时 ( 取决于封装 ), V REF- 必须从外部连至 A 在具有少于 100 个引脚的封装上 当 V REF+ 引脚和 V REF- 引脚没有引出时, 它们内部连至 ADC 电源电压 (V DDA ) 和地 (A ) 为了在 V DD 关闭后保留备份寄存器的内容, 可以将 V BAT 引脚连接到电池或其它电源供电的可选备用电压 V BAT 引脚还为 RTC 单元供电, 因此即使当主数字供电 (V DD ) 关闭时 RTC 也能工作 V BAT 电源的开关由复位模块中内置的掉电复位 (PDR) 电路进行控制 若应用中没有使用外部电池, 则强烈建议将 V BAT 外部连至 V DD DocID026304 Rev 1 [English Rev 3] 7/44 43

电源 AN4488 2.1.3 调压器 此调压器在复位后始终处于使能状态 根据应用模式的不同, 可采用三种不同的模式工作 在运行模式中, 调压器为 1.2 V 域 ( 内核 存储器和数字外设 ) 提供全功率 在停止模式中, 调压器为 1.2 V 域提供低功率, 保留寄存器和 SRAM 中的内容 在待机模式中, 调压器掉电 除涉及待机电路和备份域外, 寄存器和 SRAM 的内容都将丢失 注 : 根据不同的封装选择, 为激活或停用稳压器, 应将特定引脚连接到 或 V DD 有关详细信息, 请参见数据手册的稳压器部分 2.2 电源方案 电路由稳定的供电电源 V DD 供电 注意 : V DD 电压范围是 1.8 V 到 3.6 V ( 在某些限制下最小低至 1.7 V, 更多信息请参见相关的数据手册 ) V DD 引脚必须连接到外加去耦电容 ( 一个单独的钽电容或者陶瓷电容 ( 至少是 4.7 μf, 典型值为 10 μf) + 每一个单独的 V DD 加一个 100 nf 的陶瓷电容 ) 的 V DD 电压上 V BAT 引脚可连至外部电池 (1.65 V < V BAT < 3.6 V) 如果没有使用任何外部电池, 建议将该引脚连接到带有 100 nf 外部去耦陶瓷电容的 V DD 上 V DDA 引脚必须连至两个外部去耦电容 (100 nf 陶瓷电容 +1 µf 钽电容或陶瓷电容 ) V REF+ 引脚可连至 V DDA 外部供电电源 若在 V REF+ 上施加了一个单独的外部参考电压, 则必须将一个 100 nf 和一个 1 µf 电容连至此引脚 在所有情况下, V REF+ 必须保持在 (V DDA -1.2 V) 和 V DDA ( 最小值为 1.7 V) 必须保持在 1.65 V 和 V DDA 之间 可采用更多措施过滤模拟噪声 : V DDA 可通过铁氧体磁环连至 V DD V REF+ 引脚可通过一个电阻连至 V DDA 外部供电电源 ( 典型值 47 Ω) 为激活或停用稳压器, 必须将特定引脚 BYPASS_REG ( 不是所有的封装都有 ) 连接到 或 V DD 有关详细信息, 请参见第 2.3.6 节和相关的器件数据手册的稳压器部分 当稳压器开启时,V CAP1 和 V CAP2 引脚必须与 2*2.2 µf LowESR < 2Ω 陶瓷电容连接 ( 或者如果在某些封装上只提供有 V CAP1 引脚, 那么与 1*4.7 µf LowESR < 1Ω 陶瓷电容连接 ) 8/44 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3]

AN4488 电源 图 1. 电源方案 V BAT VBAT = 1.65 3.6V OSC32K RTC RAM N 100 nf + 1 4.7 μf ( 2) (1 4.7 μf) 2 2.2 μf V DD GPI/Os V CAP1 V CAP2 V DD 1/2/...N 1/2/...N OUT IN IO CPU RAM BYPASS_REG Flash PDR_ON V DD V DDA 100 nf + 1 μf V REF 100 nf + 1 μf ( 1) ( 3) V REF+ ( 4) V REF- ADC RCs, PLL,... A MS33880V2 1. 可选 若在 V REF+ 上施加了一个单独的外部参考电压, 则必须将一个 100 nf 和一个 1 µf 电容连至此引 脚 2. V CAP2 并不是在所有封装上都有 在这种情况下, 一个单独的 4.7 µf (ESR < 1Ω) 电容连接到 VCAP1 上 3. V REF+ 连至 V REF+ 或 V DDA ( 取决于封装 ) 4. V REF- 连至 V REF- 或 A ( 取决于封装 ) 5. N 为 V DD 和 输入数目 6. 若需连接 BYPASS_REG 和 PDR_ON 引脚, 请参考数据手册 ( 表 1) 中的 稳压器 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3] 9/44 43

电源 AN4488 2.3 复位和电源监控 2.3.1 上电复位 (POR)/ 掉电复位 (PDR) 本器件内部集成有 POR/PDR 电路, 可以从 1.8 V 开始正常工作 当 V DD 低于指定阈值 V POR/PDR 时, 器件无需外部复位电路便会保持复位状态 有关上电 / 掉电复位阈值的相关详细信息, 请参见产品数据手册的电气特性部分 图 2. 上电复位 / 掉电复位波形 V DD V POR/PDR V POR/PDR POR 40 mv PDR t RSTTEMPO ai14364b 1. t RSTTEMPO 大约为 2.6 ms V POR/PDR 的上升沿为 1.74 V ( 典型值 ), V POR/PDR 下降沿为 1.70 V ( 典型值 ) 有关实际值, 请参见 STM32F4xxxx 数据手册 通过 PDR_ON 引脚可禁用内部上电复位 (POR) / 掉电复位 (PDR) 电路 外部供电监控器应监控 V DD, 应一直将器件保持在复位模式, 直到 V DD 高于指定门限 PDR_ON 应连至此外部电源监控器 详细信息, 请参见第 2.3.4 节和第 2.3.5 节 2.3.2 可编程电压检测器 (PVD) 可以使用 PVD 监视 V DD 电源, 将其与电源控制寄存器 (PWR_CR) 中 PLS[2:0] 位所选的阈值进行比较 通过设置 PVDE 位来使能 PVD 电源控制 / 状态寄存器 (PWR_CR) 中提供了 PVDO 标志, 用于指示 V DD 是大于还是小于 PVD 阈值 该事件内部连接到 EXTI 线 16, 如果通过 EXTI 寄存器使能, 则可以产生中断 当 V DD 降至 PVD 阈值以下以及 / 或者当 V DD 升至 PVD 阈值以上时, 可以产生 PVD 输出中断, 具体取决于 EXTI 线 16 上升沿 / 下降沿的配置 该功能的用处之一就是可以在中断服务程序中执行紧急关闭系统的任务 10/44 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3]

AN4488 电源 图 3. PVD 阈值 V DD V PVD V PVD PVD 100 mv PVD ai14365b 2.3.3 系统复位 除了时钟控制寄存器 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 ( 请参见图 1) 只要发生以下事件之一, 就会产生系统复位 : 1. NRST 引脚低电平 ( 外部复位 ) 2. 窗口看门狗计数结束 (WWDG 复位 ) 3. 独立看门狗计数结束 (IWDG 复位 ) 4. 软件复位 (SW 复位 ) 5. 低功耗管理复位 可通过查看控制 / 状态寄存器 (RCC_CSR) 中的复位标志确定复位源 表 1 中列举的产品不需外部复位电路即可正确上电 仅建议一个下拉电容以提高 EMS 性能, 保护器件不受非正常的复位影响, 参见图 4 通过内部电阻对下拉电容充电和放电会增加器件功耗 该电容的建议值 (100 nf) 可降至 10 nf, 以限制此功耗 图 4. 复位电路 NRST V DD R PU 0.1 μf (min 20 μs) WWDG IWDG ai18819 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3] 11/44 43

电源 AN4488 2.3.4 PDR_ON 电路示例 注 : 注 : 这个例子并不适用于 STM32F411xx 和 STM32F446xx, 这些器件中的 PDR_ON 可以连接至 VSS, 以永久禁用内部复位电路 (NRST 引脚上要有外部电压监控器 ) 总之 ( 由于向后兼容 ), 为其它 STM32F4xxxx 产品建立的电路也可以用于 STM32F411xx 和 STM32F446xx 如果您想使用与以下描述不同的电路, 请联系您本地的意法半导体代表或者访问 www.st.com 限制 : PDR_ON = 0 主要针对在 1.7 V 和 1.9V 之间的 V DD 供电情况 ( 即 1.8V +/- 5% 电源 ) 供电电压可以由内部电路更好地控制, 且永远不低于 1.8V ( 由于具有全嵌入式的复位控制器, 因此不需要额外的元件 ) 为了确保安全电源关闭, 在电源关闭序列期间, 要求外部电压监控器 ( 或者等效的 ) 驱动 PDR_ON=1 当内部复位为 OFF 时, 将不再支持下列集成特性 : 集成的上电复位 (POR) / 掉电复位 (PDR) 电路禁用 欠压复位 (BOR) 电路必须禁用 嵌入式的可编程电压检测器 (PVD) 禁用 V BAT 功能不再可用, V BAT 引脚应连至 V DD 图 5. PDR_ON 简单电路示例 (STM32F411xx 和 STM32F446xx 不需要 ) 1.8V (1.7V min) V DD / V DDA V BAT RST PDR_ON V DD BSS138 NRST 40 Tsupervisor < TRSTTEMPO 0.1 μf STM32F4 / A MS33881V1 12/44 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3]

AN4488 电源 图 6. PDR_ON 时序示例 ( 不按比例, STM32F411xx 和 STM32F446xx 不需要 ) VDD VDD 1.7V 1.7V PDR_ON NRST VDD 1.7V PDR_ON 1.7V T supervisor T supervisor > T RSTTEMPO V IH T RSTTEMPO V IL T supervisor < T RSTTEMPO NRST NRST NRST MS33882V3 PDR_ON 电压监控器的选择 电压监控器应该具有以下的特性 复位输出为高电平有效推挽输出 ( 当电压小于门限点时, 输出驱动为高 ) 监控器的门限点 ( 包括容限和迟滞 ) 应该符合预期的 V DD 范围 注意到监控器参数通常指定电源下降沿的门限点, 因此应添加迟滞以检查上电状态 示例 : 稳压器 1.8V +/- 5% 意味着 V DD 最小值为 1.71V 监控器指定在 1.66V +/- 2.5% 并具有 0.5% 迟滞意味着 - 上升触发最大值 = 1.71V (1.66V + 2.5% + 0.5%) - 下降触发最小值 = 1.62V (1.66V - 2.5%) DocID026304 Rev 1 [English Rev 3] 13/44 43

电源 AN4488 2.3.5 NRST 电路示例 ( 仅用于 STM32F411xx 和 STM32F446xx) 这个例子适用于 STM32F411xx 和 STM32F446xx, 这些器件中的 PDR_ON 可以连接至 VSS, 以永久禁用内部复位电路 限制 : PDR_ON = 0 主要针对在 1.7 V 和 1.9V 之间的 V DD 电源 ( 即 1.8V +/- 5% 电源 ) 供电电压可以由内部电路更好地控制, 且永远不低于 1.8V ( 由于具有全嵌入式的复位控制器, 因此不需要额外的元件 ) 当内部复位为 OFF 时, 将不再支持下列集成特性 : 集成的上电复位 (POR) / 掉电复位 (PDR) 电路禁用 欠压复位 (BOR) 电路必须禁用 嵌入式的可编程电压检测器 (PVD) 禁用 VBAT 功能不再可用, VBAT 引脚应连至 V DD 图 7. NRST 电路示例 ( 仅用于 STM32F411xx 和 STM32F446xx) 1.8V (1.7V min) V DD /V DDA V BAT PDR_ON STM1061N16 OUT NRST V DD 0.1 μf /A STM32F4 MS33892V1 即使 PDR_ON=0, 在上电时, NRST 由内部复位控制器驱动到低电平在 T RSTTEMPO 期间, 以使内部模拟电路稳定 请参见 STM32F4xxxx 数据手册, 以获得实际的时序值 14/44 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3]

AN4488 电源 图 8. NRST 电路时序示例 ( 不按比例, 只适用于 STM32F411xx 和 STM32F446xx) VDD VDD 1.7V 1.7V NRST VDD T supervisor > T RSTTEMPO T supervisor T RSTTEMPO T supervisor < T RSTTEMPO NRST NRST NRST MS33893V1 NRST 电压监控器的选择 电压监控器应该具有以下的特性 复位输出为低电平开漏输出 ( 当电压小于门限点时, 输出驱动为低 ) 监控器的门限点 ( 包括容限和迟滞 ) 应该符合预期的 V DD 范围 注意到监控器参数通常指定电源下降沿的门限点, 因此应添加迟滞以检查上电状态 以 STM1061N16 这颗低电压监测芯片为例 : 稳压器 1.8 V +/- 5% 意味着 V DD 最小值为 1.71 V 监控器指定在 1.60 V +/- 2% 并具有 5% 迟滞意味着 - 上升触发最大值 = 1.71 V (1.60 V + 2% + 5%) - 下降触发最小值 = 1.57 V (1.60 V - 2%) DocID026304 Rev 1 [English Rev 3] 15/44 43

电源 AN4488 2.3.6 调压器 OFF 模式 有关详细信息, 请参见数据手册的稳压器部分 当 BYPASS_REG = V DD 时, 内核供电应该由 V CAP1 提供, 并且 V CAP1 的引脚连接到一起 两个 V CAP 陶瓷电容应替换为两个 100 nf 去耦电容 因为内部电压分级并不在内部管理, 所以外部电压值必须与目标的最大频率匹配 当内部调压器 OFF 时, V12 上不再有内部监控 应使用外部电源监控器来监控逻辑电源域的 V12 (V CAP ) PA0 引脚应用于此目的, 作为 V12 电源域上的上电复位 在调压器 OFF 模式, 不再支持下列特性 : PA0 不能用作 GPIO 引脚, 因为它可复位一部分 V12 逻辑电源域, 而该域不能由 NRST 引脚复位 当 PA0 为低电平时, 不能在上电复位下使用调试模式 因此, 若需要复位或预复位下的调试连接, 则必须单独管理 PA0 和 NRST 引脚 超载和低载模式不可用 待机模式不可用 图 9. BYPASS_REG 监控器复位连接 V 12 VCAP_1/2 VCAP_1/2 < Min V12 PA0 NRST N 100 nf + 1 4.7 μf 1 V 12 (1 x 100 nf) 2 x 100 nf V DD V DD 1/2/...N BYPASS_REG V CAP1 V CAP2 1/2/...N ai18498v5 1. V CAP2 并不是在所有封装上都有 在这种情况下, 只需要一个单独的 100 nf 去耦电容连接到 V CAP1 上 16/44 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3]

AN4488 电源 必须考虑以下条件 : V DD 应一直高于 V CAP_1, 以防止电源域之间的电流注入 若 V CAP 达到 V12 最小值的时间比 V DD 达到 1.7 V 的时间更短, 则 PA0 应保持为低电平直到满足两个条件 :V CAP 达到 V12 最小值以及 V DD 达到 1.7 V 否则, 若 V CAP 达到 V12 最小值的时间比 V DD 达到 1.7 V 的时间短, 则 PA0 应外部处于低电平 如果 V CAP 小于 V12 的最小值以及 V DD 高于 1.7 V, 则 PA0 应外部处于低电平 2.3.7 调压器 ON/OFF 及内部复位 ON/OFF 的可用性 表 3. 调压器 ON/OFF 及内部供电监控器的可用性 封装引脚调压器 ON 调压器 OFF 电源监控器 ON 电源监控器 OFF 48 4 边有引脚的封装 64 100 144 有 (1) 无 有 (2) 无 176 有 (4) 有 (5) 208 有 (1) 无 100 144 BGA 封装 169 176 (4) 有有 (5) 有 PDR_ON 设为 V DD 有 PDR_ON 外部控制 (3) 216 49 有 (1) 无 芯片尺寸封装 81 90 143 有 (4) 有 (5) 1. BYPASS_REG 内部连接到 2. PDR_ON 内部连接到 V DD 3. 对于 STM32F411xx 和 STM32F446xx 器件, PDR_ON 可以永久设置为 VSS 对于其它器件, 参见 2.3.4 节 4. BYPASS_REG 设为 5. BYPASS_REG 设为 V DD DocID026304 Rev 1 [English Rev 3] 17/44 43

封装 AN4488 3 封装 3.1 封装选择 封装选择应该考虑一些主要取决于应用的限制 下面汇总了常见的一些限制 : 需要的接口数量 某些接口在有的封装上可能没有 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 表 4. 封装总览 ( 不包括 WCSP) 大小 (mm) (1) 7 x 7 10 x 10 14 x 14 7 x 7 20 x 20 7 x 7 10 x 10 24 x 24 7 x 7 10 x 10 28 x 28 13 x 13 脚间距 (mm) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.8 0.5 0.5 0.65 0.5 0.8 高度 (mm) 0.6 1.6 1.6 0.6 1.6 0.6 0.6 1.6 0.6 0.6 1.6 1.1 销售序号 UFQFPN48 LQFP64 LQFP100 UFBGA100 LQFP144 UFBGA144 (0.5) UFBGA144(0.8) LQFP176 UFBGA169 UFBGA176+25 LQFP208 TFBGA216 STM32F405xx / 407xx / 415xx / 417xx - X X - X - - X - X - - STM32F42xxx / 43xxx - - X - X - - X X X X X STM32F401xB/C X X X X - - - - - - - - STM32F401xD/E X X X X - - - - - - - - STM32F411xx X X X X - - - - - - STM32F446XX - X X - X X X - - - - - 1. 不包括引脚的大小 18/44 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3]

AN4488 封装 表 5. WCSP 封装总览 销售序号球数目大小 (mm) 脚间距 (mm) 高度 (mm) STM32F405xx / 407xx / 415xx / 417xx 90 4.258 x 4.004 0.4 0.62 STM32F42xxx / 43xxx 143 4.556 x 5.582 0.4 0.585 STM32F401xB/C 49 (1) 3 x 3 0.4 0.585 STM32F401xD/E 49 (1) 3.064 x 3.064 0.4 0.585 STM32F411xx 49 (1) 3.034 x 3.22 0.4 0.585 STM32F446XX 81 3.648 X 3.770 0.4 0.585 1. 同样的焊球布局和焊球间距, 只有改变了封装整体尺寸 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3] 19/44 43

封装 AN4488 3.2 引脚排列兼容性 表 6 允许根据要求的信号选择正确的封装 注意分别对应于 64 和 100 引脚的两种不同的排 列, 如果对板子兼容性有要求, 它们需要特定的连接 见表 10 和 11 注意, 不同产品的芯片尺寸封装可能会具有不同的封装尺寸, 即使它们具有相同的引脚排 列, 在 PCB 间距设定中可能需要考虑这一点 请参见表 5 表 6. 引脚排列总览 xqfp/xqfn xbga xcsp 引脚名称 48 64 100 144 176 208 100 144 169 176 216 49 81 90 143 IO 数量 36 51 (1) 82 (1) 50 (2) 81 (2) 114 140 168 81 114 130 140 168 36 63 72 114 是否有专用 IO PA0-WKUP X X X X X X X X X X X X X X X PB2-BOOT1 X X X X X X X X X X X X X X X PC13- ANTI_TAMP X X X X X X X X X X X X X X X PC14-OSC32_IN X X X X X X X X X X X X X X X PC15- OSC32_OUT X X X X X X X X X X X X X X X PH0 - OSC_IN X X X X X X X X X X X X X X X PH1 - OSC_OUT X X X X X X X X X X X X X X X PI8- ANTI TAMP2 - - - - X X - - - X X - - - - 系统相关引脚 BOOT0 X X X X X X X X X X X X X X X NRST X X X X X X X X X X X X X X X BYPASS_REG - - - - X X X X X X X X X PDR_ON - - - X X X X X X X X X X X X 电源引脚 VBAT X X X X X X X X X X X X - X X VDDA - - X X X X X X X X X - - - X VREF+ - - X X X X X X X X X - - - X VDDA/VREF+ X X - - - - - - - - - X X X VSSA - - - - - - X X X X X - - - - VREF- - - - - - - X X X X X - - - - VSSA/VREF- X X X X X X - - - - - X X X X VDDUSB33 - - - X (3) - - - X - - - - X - - VDD 数量 (4) 3 4 6 12 (1) 11 (5) 15 17 4 12 14 14 18 3 5 5 13 20/44 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3]

AN4488 封装 引脚名称 表 6. 引脚排列总览 ( 续 ) xqfp/xqfn xbga xcsp 48 64 100 144 176 208 100 144 169 176 216 49 81 90 143 2 (1) 4 (1) VSS 数量 3 4 (3) 5 (3) 9 11 14 4 7 10 11 19 3 4 4 6 VCAP1 X X X X X X X X - X - X X X X VCAP2 - X (1) X X X X X X - X - - X X X 1. 适用于 STM32F405xx / F407xx / F415xx / F417xxx / F427xx / F429xx / F437xx / F439xx 2. STM32F401xx / F411xx 的 64 和 100 引脚 xqfp/xqfn 封装中没有 PB11 3. 适用于 STM32F401xx / F411xx 4. 一个单独钽电容或者陶瓷电容 ( 最小值 4.7μF, 典型值 10μF)+ 每个 V DD 引脚一个 100 nf 陶瓷电容 5. 适用于 STM32F446xx 3.2.1 STM32F4x 系列兼容性 图 10. STM32F4 系列的 LQFP64 封装兼容板设计 48 33 STM32F4x1 STM32F446 STM32F4xx 49 47 32 31 30 64 31 1 16 17 MS31468V5 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3] 21/44 43

封装 AN4488 76 75 图 11. STM32F4 系列的 LQFP100 封装兼容板设计 51 49 48 50 STM32F4x1 STM32F446 STM32F4xx 100 26 1 25 MS31467V5 图 12. STM32F4xx / STM32F446xx 兼容的电路板设计用于 LQFP144 封装 108 73 STM32F446xx 109 72 (PB11) 70 OTG_HS_ULPI_D4 (PB2) 48 144 1 36 37 MSv36574V1 22/44 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3]

AN4488 封装 3.2.2 STM32F1x 和 STM32F2x 系列兼容性 图 13. STM32F10xx/STM32F4xx 兼容的电路板设计用于 LQFP64 封装 48 33 STM32F4x1 STM32F446 STM32F4xx 49 47 32 31 30 64 31 17 1 16 ai18489c 图 14. STM32F10xx/STM32F2xx/STM32F4xx 兼容的电路板设计用于 LQFP100 封装 76 75 73 51 50 STM32F4x1 STM32F446 STM32F4xx 49 48 99 (VSS) 100 1 19 20 26 25 V DD - STM32F10xx VSS - STM32F4xx VSS - STM32F2xx VSS VDD NC V DD STM32F10xx VSS STM32F4xx VDD MS33885V2 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3] 23/44 43

封装 AN4488 图 15. STM32F10xx/STM32F2xx/STM32F4xx 兼容的电路板设计用于 LQFP144 封装 STM32F446 VDD_USB33 VDD 108 109 106 V DD V DDUSB 95 73 72 STM32F10xx STM32F4xx 71 144 143 (PDR_ON) 30 31 1 36 37 V DD - STM32F10xx VSS V DD - STM32F2xx VSS VDD NC - STM32F4xx VDD STM32F10xx STM32F10xx VSS STM32F4xx VDD ai18487e 图 16. STM32F2xx 和 STM32F4xx 兼容的电路板设计用于 LQFP176 和 UFBGA176 封装 132 (A15) 133 89 (R15) 88 (C6) (L4) 171 (PDR_ON) 48 176 45 (A1) 1 (R1) 44 - STM32F2xx GND - STM32F4xx BYPASS_REG V DD - STM32F2xx VSS VDD NC - STM32F4xx VDD UFBGA176 MS31835V2 24/44 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3]

AN4488 封装 3.3 引脚复用映射 为了更容易地探索外设复用映射, 建议使用 STM32CubeMX 工具, 该工具可以在 www.st.com 上获得 图 17. STM32CubeMX 示例截图 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3] 25/44 43

时钟 AN4488 4 时钟 可以使用三种不同的时钟源来驱动系统时钟 (SYSCLK): HSI 振荡器时钟 ( 高速内部时钟信号 ) HSE 振荡器时钟 ( 高速外部时钟信号 ) PLL 时钟器件具有两个次级时钟源 : 32 khz 低速内部 RC (LSI RC), 该 RC 用于驱动独立看门狗, 也可选择提供给 RTC 用于停机 / 待机模式下的自动唤醒 32.768 khz 低速外部晶振 (LSE 晶振 ), 用于驱动实时时钟 (RTCCLK) 对于每个时钟源来说, 在未使用时都可单独打开或者关闭, 以降低功耗 若需时钟树的说明, 请参考参考手册 4.1 HSE OSC 时钟 高速外部时钟信号 (HSE) 有 2 个时钟源 : HSE 用户外部时钟 ( 参见图 18) HSE 外部晶振 / 陶瓷谐振 ( 参见图 19) 图 18. HSE 外部时钟 图 19. HSE 晶振 / 陶瓷谐振器 1. R EXT 的值取决于晶振特性 典型值的范围为 5 至 6 R S ( 谐振串联电阻 ) 2. 负载电容 C L 的公式如下 :C L = C L1 x C L2 / (C L1 + C L2 ) + C stray, 其中 C stray 为引脚电容以及与电路板或 PCB 走线相关的电容 典型情况下, 它在 2 pf 和 7 pf 之间 请参考第 7 节 : 建议第 35 页以使其值最小 26/44 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3]

AN4488 时钟 4.1.1 外部源 (HSE 旁路 ) 在此模式下, 必须提供外部时钟源 它的频率可以是从 1 到 50 MHz ( 参考 STM32F4xxxx 数据手册获取实际最大值 ) 必须使用占空比约为 50% 的外部时钟信号 ( 方波 正弦波或三角波 ) 来驱动 OSC_IN 引脚, 同时 OSC_OUT 引脚必须保持为高阻态 ( 请参见图 19 和图 18) 4.1.2 外部晶振 / 陶瓷谐振器 (HSE 晶振 ) 外部振荡器频率范围为 4 至 26 MHz 外部振荡器的优点是主时钟精度非常高 相关的硬件配置如图 19 所示 使用一个 25 MHz 的振荡器频率对于得到精确的以太网 USB OTG 高速外设和 I2S 是一个好的选择 谐振器和负载电容必须尽可能地靠近振荡器的引脚, 以尽量减小输出失真和起振稳定时间 负载电容值必须根据所选振荡器的不同做适当调整 对于 C L1 和 C L2, 建议使用专为高频应用设计 可满足晶振或谐振器的要求且大小介于 5 pf 到 25 pf ( 典型值 ) 之间的高质量陶瓷电容 C L1 和 C L2 的大小通常相同 晶振制造商指定的负载电容通常是 C L1 和 C L2 的串联组合 确定 C L1 和 C L2 的规格时, 必须将 PCB 和 MCU 引脚的电容考虑在内 ( 引脚与电路板的电容可粗略地估算为 10 pf) 更多信息请参考专用应用笔记 (AN2867 - ST 微控制器振荡器设计指南 ) 和您的产品数据手册的电气特性部分 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3] 27/44 43

时钟 AN4488 4.2 LSE OSC 时钟 低速外部时钟信号 (LSE) 有 2 个时钟源 : LSE 用户外部时钟 ( 参见图 20) LSE 外部晶振 / 陶瓷谐振 ( 参见图 21) 图 20. LSE 外部时钟 图 21. LSE 晶振 / 陶瓷谐振器 1. LSE 晶振 / 陶瓷谐振器 图片 : 为避免超过 C L1 和 C L2 的最大值 (15 pf), 强烈建议使用负载电容 C L 7 pf 的谐振器 永远不要使用负载电容为 12.5 pf 的谐振器 2. LSE 外部时钟 和 LSE 晶振 / 陶瓷谐振器 图片 : OSC32_IN 和 OSC32_OUT 引脚也可用作 GPIO, 但建议在同一应用中不要既用作 RTC 又用作 GPIO 引脚 3. LSE 晶振 / 陶瓷谐振器 图片 : R EXT 的值取决于晶振特性 一个 0 Ω 电阻可能有用, 但是不一定最佳 若需精调 R S 的值, 请参考 AN2867 - ST 微控制器振荡器设计指南 ( 表 2) 4.2.1 外部源 (LSE 旁路 ) 在此模式下, 必须提供外部时钟源 最高频率不超过 1 MHz 必须使用占空比约为 50% 的外部时钟信号 ( 方波 正弦波或三角波 ) 来驱动 OSC32_IN 引脚, 同时 OSC32_OUT 引脚必须保持为高阻抗 ( 请参见图 20) 4.2.2 外部晶振 / 陶瓷谐振器 (LSE 晶振 ) LSE 晶振是 32.768 khz 低速外部晶振或陶瓷谐振器 可作为实时时钟外设 (RTC) 的时钟源来提供时钟 / 日历或其它定时功能, 具有功耗低且精度高的优点 谐振器和负载电容必须尽可能地靠近振荡器的引脚, 以尽量减小输出失真和起振稳定时间 负载电容值必须根据所选振荡器的不同做适当调整 更多信息请参考专用应用笔记 (AN2867 - ST 微控制器振荡器设计指南 ) 和您的产品数据手册的电气特性部分 28/44 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3]

AN4488 时钟 4.3 时钟安全系统 (CSS) 时钟安全系统可通过软件激活 激活后, 时钟监测器将在 HSE 振荡器启动延迟后使能, 并在此振荡器停止时被关闭 若 HSE 振荡器时钟上检测到故障, 则振荡器自动禁用 一个时钟故障事件将被发送到高级控制定时器 TIM1 的断路输入, 并且同时生成一个中断来向软件通知此故障 ( 时钟安全系统中断, CSSI), 以使 MCU 能够执行救援操作 CSSI 与 Cortex -M4 NMI ( 不可屏蔽中断 ) 异常向量相链接 如果直接或间接使用 HSE 振荡器作为系统时钟 ( 间接是指它用作 PLL 输入时钟,PLL 时钟用作系统时钟 ), 检测到故障时会导致系统时钟切换到 HSI 振荡器并禁用外部 HSE 振荡器 当故障发生时, 若 HSE 振荡器时钟 ( 分频或不分频 ) 为正在用作系统时钟的 PLL 时钟输入, 则也会禁用该 PLL 更多信息请见参考手册, 可以从意法半导体网站 www.st.com 上获得 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3] 29/44 43

自举配置 AN4488 5 自举配置 5.1 自举模式选择 在 STM32F4xxxx 中, 可通过 BOOT[1:0] 引脚选择三种不同的自举模式, 如表 7 所示 自举模式选择引脚 BOOT1 BOOT0 启动模式 表 7. 自举模式 自举空间 x 0 主 Flash 选择主 Flash 作为自举空间 0 1 系统存储器选择系统存储器作为自举空间 1 1 嵌入式 SRAM 选择嵌入式 SRAM 作为自举空间 复位后, 在 SYSCLK 的第四个上升沿锁存 BOOT 引脚的值 复位后, 用户可以通过设置 BOOT1 和 BOOT0 引脚来选择需要的自举模式 退出待机模式时, 还会对 BOOT 引脚重新采样 因此, 当处于待机模式时, 这些引脚必须保持所需的自举模式配置 这样的启动延迟结束后,CPU 将从地址 0x0000 0000 获取栈顶值, 然后从始于 0x0000 0004 的自举存储器开始执行代码 5.2 自举引脚连接 图 22 显示了选择 STM32F4xxxx 的自举存储器所需的外部连接 图 22. 启动模式选择实现样例 1. 电阻值仅作为典型举例给出 30/44 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3]

AN4488 自举配置 5.3 嵌入式自举模式 嵌入式自举程序位于片内引导程序中, 由 ST 在生产阶段编程 有关详细信息, 请参见应用笔记 AN2606 ( 表 2) USART 外设依靠内部 16 MHz 振荡器 (HSI) 运行 尽管如此, CAN 和 USB OTG FS 只能在一个频率为 1 MHz 整数倍的外部时钟 ( 在 4 和 26 MHz 之间 ) 存在时工作 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3] 31/44 43

调试管理 AN4488 6 调试管理 6.1 前言 主机 / 目标接口为连接主机与应用板的硬件设备 此接口由三部分组成 : 硬件调试工具 JTAG 或 SW 连接器, 以及连接主机与调试工具的电缆 图 23 显示了主机到评估板的连接 图 23. 主机到板的连接 6.2 SWJ 调试端口 ( 串行接口和 JTAG) STM32F4xxxx 内核集成了串行 /JTAG 调试端口 (SWJ-DP) 该端口是 ARM 标准 CoreSight 调试端口, 具有 JTAG-DP (5 引脚 ) 接口和 SW-DP (2 引脚 ) 接口 JTAG 调试端口 (JTAG-DP) 提供用于连接到 AHP-AP 端口的 5 引脚标准 JTAG 接口 串行线调试端口 (SW-DP) 提供用于连接到 AHP-AP 端口的 2 引脚 ( 时钟 + 数据 ) 接口 在 SWJ-DP 中, SW-DP 的 2 个 JTAG 引脚与 JTAG-DP 的 5 个 JTAG 引脚中的部分引脚复用 6.3 引脚排列和调试端口引脚 STM32F4xxxx MCU 的不同封装有不同的有效引脚数 因此, 一些与引脚可用性有关的功能可能会因封装不同而不同 6.3.1 SWJ 调试端口引脚 五个引脚被用作 SWJ-DP 的端口, 作为通用 I/O (GPIO) 的复用功能 所有封装 ( 如表 8 所示 ) 都提供这些引脚 32/44 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3]

AN4488 调试管理 SWJ-DP 引脚名称 表 8. 调试端口引脚分配 JTAG 调试端口 SW 调试端口 类型 说明 类型 调试分配 引脚分配 JTMS/SWDIO I JTAG 测试模式选择 I/O 串行线数据输入 / 输出 PA13 JTCK/SWCLK I JTAG 测试时钟 I 串行线时钟 PA14 JTDI I JTAG 测试数据输入 - - PA15 JTDO/TRACESWO O JTAG 测试数据输出 - TRACESWO ( 如果使能 PB3 异步跟踪 ) JNTRST I JTAG 测试 nreset - - PB4 6.3.2 灵活的 SWJ-DP 引脚分配 复位 (SYSRESETn 或 PORESETn) 后, 会将用于 SWJ-DP 的全部 5 个引脚指定为专用引脚, 可供调试工具立即使用 ( 请注意, 除非由调试工具明确编程, 否则不分配跟踪输出 ) 然而, 表 9 中显示的一些 JTAG 引脚可通过 GPIOx_AFRx 寄存器配置为复用功能 表 9. 用到的 SWJ I/O 引脚 用到的 SWJ I/O 引脚 可用的调试端口 PA13/ JTMS/ SWDIO PA14 / JTCK/ SWCLK PA15 / JTDI PB3 / JTDO PB4/ JNTRST 全部 SWJ (JTAG-DP + SW-DP) - 复位状态 X X X X X 全部 SWJ (JTAG-DP + SW-DP), 但不包括 JNTRST X X X X 禁止 JTAG-DP 和使能 SW-DP X X 禁止 JTAG-DP 和禁止 SW-DP 已释放 表 9 显示了释放一些引脚的多种可能 更多信息请见参考手册 ( 表 1), 可以从意法半导体网站 www.st.com 上获得 6.3.3 JTAG 引脚上的内部上拉和下拉 JTAG 输入引脚不得悬空, 因为这些引脚直接连接到用于控制调试模式功能的触发器 还必须特别注意 SWCLK/TCK 引脚, 该引脚直接连接到一些触发器的时钟 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3] 33/44 43

调试管理 AN4488 注 : 为避免 I/O 电平浮空, STM32F4xxxx 在 JTAG 输入引脚上内置有内部上拉和下拉电阻 : JNTRST: 内部上拉 JTDI: 内部上拉 JTMS/SWDIO: 内部上拉 TCK/SWCLK: 内部下拉用户软件释放 JTAG I/O 后, GPIO 控制器便会再次取得控制权 GPIO 控制寄存器的复位状态会将 I/O 置于 : JNTRST: 输入上拉 JTDI: 输入上拉 JTMS/SWDIO: 输入上拉 JTCK/SWCLK: 输入下拉 JTDO: 输入浮空软件可以把这些 I/O 口作为普通的 I/O 口使用 JTAG IEEE 标准建议在 TDI TMS ntrst 上增加上拉电阻, 但对 TCK 没有特殊建议 然而, 对于 STM32F4xxxx, 有一个集成的下拉电阻用于 JTCK 由于带有上拉和下拉电阻, 因此无需添加外部电阻 6.3.4 使用标准 JTAG 连接器的 SWJ 调试端口连接 图 24 显示了 STM32F4xxxx 和标准 JTAG 连接器之间的连接 图 24. JTAG 连接器实现 34/44 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3]

AN4488 建议 7 建议 7.1 印刷电路板 由于技术原因, 最好使用多层印刷电路板 (PCB) 的单独一层专用于接地 ( ), 另一层专用于 V DD 供电 这提供了不错的去耦和屏蔽效果 对于很多应用, 由于经济原因不能使用此类板 在这种情况下, 主要要求就是要确保接地和供电有良好的结构 7.2 元件位置 为了减少 PCB 上的交叉耦合, PCB 的初始布局必须对不同的电路的 EMI 贡献进行区分, 不同的电路包括噪声 高电流电路 低电压电路和数字部分 7.3 接地和供电 ( V DD ) 每个块 ( 噪声 底层敏感 数字等等 ) 都应单独接地, 所有接地返回都应为一个点 必须避免出现环, 或使环有最小面积 供电应靠近地线实现, 以最小化供电环的面积 这是因为供电环的行为类似天线, 因此它是 EMI 的主要发送者和接收者 所有无元件的 PCB 区域必须用额外的接地填充, 以创造屏蔽 ( 尤其是使用单层 PCB 时 ) 7.4 去耦 所有供电和接地引脚都必须适当连至供电电源 这些连接, 包括焊盘 线 过孔, 都必须有尽可能低的阻抗 典型情况下, 这可通过使用粗的线宽做到, 最好在多层 PCB 中使用专用供电层 此外, 每个供电电源对都应使用滤波陶瓷电容 (100 nf) 及单独的钽电容或陶瓷电容去耦 ( 最小值 4.7μF, 典型值 10 μf), 两个电容并联 这些电容应放置在 PCB 下侧尽可能接近或低于适当引脚的位置 其典型值为 10 nf 至 100 nf, 但准确值取决于应用需要 图 25 显示了这种 V DD / 对的典型布局 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3] 35/44 43

建议 AN4488 图 25. V DD / 引脚对的典型布局 Via VDD Via VSS Cap. STM32F4xx VDD VSS MS33887V1 7.5 其它信号 当设计应用时, 可仔细研究下述信号以提高 EMC 性能 : 临时扰动会永久影响运行过程的信号 ( 中断和握手选通信号就是这个情况, 但 LED 指令不是这个情况 ) 对于这些信号, 可使用周围接地跟踪 更短的长度 无噪声 附近敏感跟踪 ( 串扰影响 ) 提高 EMC 性能 对于数字信号, 两个逻辑状态必须达到可能的最佳电气边界, 建议使用慢施密特触发器以消除寄生状态 噪声信号 ( 时钟等 ) 敏感信号 ( 高阻等 ) 7.6 不使用的 I/O 和特性 所有微控制器都是为多种应用设计的, 通常一个应用不会使用 100% 的 MCU 资源 为了提高 EMC 性能, 不使用的时钟 计数器 I/O 都不应浮空, 例如, I/O 应该设置为 0 或者 1 ( 上拉或者下拉至不用的 I/O 引脚 ), 并且不使用的特性应被冻结或禁用 36/44 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3]

AN4488 参考设计 8 参考设计 8.1 说明 8.1.1 时钟 8.1.2 复位 8.1.3 启动模式 图 26 中所示的参考设计基于 STM32F407IG(H6), 它是高度集成的微控制器, 运行于 168 MHz, 它结合了 Cortex -M4 32 位 RISC CPU 内核 1 MB 的嵌入式 Flash 存储器 192+4 KB 的 SRAM, 该 SRAM 包括 64 KB 的 CCM ( 内核耦合存储器 ) 数据 RAM 参考设计预期的工作电压 V DD 是从最小值 1.8V 开始 (PDR_ON = VDD_MCU), 并且使用嵌入式稳压器用为内核 1.2V 供电 (BYPASS_REG = GND), 尽管改变 JP1 跳线可以使 BYPASS_REG = VDD_MCU, 却没有第 2.3.6 节中描述的额外硬件 使用表 12: 所有封装的参考连接中给出的引脚对应关系, 可针对表 1 中列出的其他任何器件定制此参考设计 微控制器使用两个时钟源 : LSE:X2-32.768 khz 晶振用于嵌入式 RTC HSE:X1-25 MHz 晶振用于 STM32F4xxxx 微控制器请参见第 4 节 : 时钟第 26 页 图 26 中的复位信号为低电平有效 复位源包括 : 复位按钮 (B1) 调试工具通过连接器 CN1 连接请参见第 2.3 节 : 复位和电源监控第 10 页 通过设置开关 SW2 (Boot 0) 和 SW1 (Boot 1) 配置自举选项 请参见第 5 节 : 自举配置第 30 页 注 : 在低功耗模式 ( 特别是待机模式 ) 下, 自举模式是强制的, 以便与工具连接 ( 器件应该从 SRAM 自举 ) 8.1.4 SWJ 接口 参考设计显示了 STM32F4xxxx 和标准 JTAG 连接器之间的连接 请参见第 6 节 : 调试管理第 32 页 注 : 建议连接复位引脚, 以便能从工具复位应用 8.1.5 电源 请参见第 2 节 : 电源第 7 页 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3] 37/44 43

参考设计 AN4488 8.2 元件参考 表 10. 必备元件 Id 元件名称 参考 数量 注释 1 微控制器 STM32F407IG(H6) 1 UFBGA176 封装 2 电容 100 nf 14 陶瓷电容 ( 去耦电容 ) 3 电容 10 µf 1 陶瓷电容 ( 去耦电容 ) 表 11. 可选元件 Id 元件名称参考数量注释 1 电阻 10 kω 5 用于 JTAG 和自举模式的上拉和下拉电阻 2 电阻 390 Ω 1 3 电阻 0 Ω 3 4 电容 100 nf 4 陶瓷电容 用于 HSE: 值取决于晶振特性 此电阻值仅为典型举例 用于 LSE: 值取决于晶振特性 此电阻值仅为典型举例 用作 VDDA 和 V REF 之间的星形连接点 5 电容 2 pf 2 用于 LSE: 值取决于晶振特性 6 电容 1 µf 2 用于 V DDA 和 V REF+ 7 电容 2.2 µf 2 用于内部稳压器 ( 当其开启的时候 ) 8 电容 20 pf 2 用于 HSE: 值取决于晶振特性 9 石英 25 MHz 1 用于 HSE 10 石英 32.768 khz 1 用于 LSE 11 JTAG 连接器 HE10-20 1 12 电阻 22 Ω 1 调试器复位连接 13 嵌入式 3V 1 若应用中没有使用外部电池, 则建议将 V BAT 外部连至 V DD 14 开关 SPDT 2 用于选择正确的自举模式 15 按钮 B1 1 复位按钮 16 跳线 3 个引脚 2 用于选择 V BAT 源和 BYPASS_REG 引脚 17 铁氧体磁环 FCM1608KF-601T03 1 用于 V DDA 的额外去耦 38/44 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3]

DocID026304 Rev 1 [English Rev 3] 39/44 AN4488 参考设计 43 图 26. STM32F407IG (H6) 微控制器参考原理图 1. 若应用中没有使用外部电池, 则建议将 V BAT 外部连至 V DD 2. 为了能够从工具中复位器件, 必须保留这个电阻 1 4 3 2 B1 RESET C27 100nF C24 20pF C23 20pF X1 25MHz R17 390 R20 10K VDD_MCU 2 3 1 SW2 09.03290.01 4 1 3 2 X2 32.768kHz C26 2pF C25 2pF R19 0 R18 0 PC14 PC15 PH0 PH1 BT1 CR1220 holder L1 BEAD C4 100nF R2 0 VDDA VDD_MCU VREF+ C2 100nF TP1 VREF 1 2 3 JP2 VDD_MCU VDD_MCU C20 100nF VDD_MCU C5 2.2uF C6 2.2uF C21 100nF C22 100nF C7 100nF C19 100nF C18 100nF C17 100nF C11 100nF VDD_MCU C12 100nF C13 100nF C14 100nF C15 100nF C10 100nF C9 100nF C8 100nF VDD_MCU BOOT0 +1V2 +1V2 SB1 SB2 PE2 A2 PE3 A1 PE4 B1 PE5 B2 PE6 B3 PI8 D2 PC13 D1 PC14 E1 PC15 F1 PI9 D3 PI10 E3 PI11 E4 PF0 E2 PF1 H3 PF2 H2 PF3 J2 PF4 J3 PF5 K3 PF6 K2 PF7 K1 PF8 L3 PF9 L2 PF10 L1 PH0 G1 PH1 H1 NRST J1 PC0 M2 PC1 M3 PC2 M4 PC3 M5 PA0 N3 PA1 N2 PA2 P2 PH2 F4 PH3 G4 PH4 H4 PH5 J4 PA3 R2 PA4 N4 PA5 P4 PA6 P3 PA7 R3 PC4 N5 PC5 P5 PB0 R5 PB1 R4 PB2 M6 PF11 R6 PF12 P6 PF13 N6 PF14 R7 PF15 P7 PG0 N7 PG1 M7 PE7 R8 PE8 P8 PE9 P9 PE10 R9 PE11 P10 PE12 R10 PE13 N11 PE14 P11 PE15 R11 PB10 R12 PB11 R13 PH6 M11 PH7 N12 PH8 M12 PH9 M13 PH10 L13 PH11 L12 PH12 K12 PB12 P12 PB13 P13 PB14 R14 PB15 R15 PD8 P15 PD9 P14 PD10 N15 PD11 N14 PD12 N13 PD13 M15 PD14 M14 PD15 L14 PG2 L15 PG3 K15 PG4 K14 PG5 K13 PG6 J15 PG7 J14 PG8 H14 PC6 H15 PC7 G15 PC8 G14 PC9 F14 PA8 F15 PA9 E15 PA10 D15 PA11 C15 PA12 B15 PA13 A15 PH13 E12 PH14 E13 PH15 D13 PI0 E14 PI1 D14 PI2 C14 PI3 C13 PA14 A14 PA15 A13 PC10 B14 PC11 B13 PC12 A12 PD0 B12 PD1 C12 PD2 D12 PD3 D11 PD4 D10 PD5 C11 PD6 B11 PD7 A11 PG9 C10 PG10 B10 PG11 B9 PG12 B8 PG13 A8 PG14 A7 PG15 B7 PB3 A10 PB4 A9 PB5 A6 PB6 B6 PB7 B5 BOOT0 D6 PB8 A5 PB9 B4 PE0 A4 PE1 A3 PI4 D4 PI5 C4 PI6 C3 PI7 C2 U1A STM32F407IGH6 PA14 PA15 PB3 PB4 PA13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 CN1 VDD_MCU R9 10K R10 10K R5 10K TMS/SWDIO TCK/SWCLK TDI TDO/SWO TRST C16 10μF C3 1μF C1 1μF VBAT C1 VSS F2 VDD F3 VSS G2 VDD G3 VREF- N1 VSSA M1 VREF+ P1 VDDA R1 BYPASS_REG L4 VDD K4 VSS M8 VDD N8 VSS M9 VDD N9 VCAP2 M10 VDD N10 VSS H12 VDD J12 D5 VDD J13 VSS G12 VDD H13 VCAP1 F13 VSS F12 VDD G13 VSS D9 VDD C9 VSS D8 VDD C8 VSS D7 VDD C7 PDR_ON C6 C5 U1B STM32F407IGH6 TRACE_D3 TRACE_D2 TRACE_D1 TRACE_D0 TRACE_CK MS33886V1 R11 10K VDD_MCU 2 3 1 SW1 09.03290.01 BOOT1 PB2 VDD_MCU 1 2 3 JP1 VSS VDD R8 22 (Note 2) JTAG

参考设计 AN4488 表 12. 所有封装的参考连接 4 边都有引脚封装的引脚数 BGA 封装的引脚数芯片尺寸封装 引脚名称 48 个引脚 (1) 64 个引脚 100 个引脚 (1) (2) 144 个引脚 176 个引脚 208 个引脚 100 个引脚 144 个引脚 169 个引脚 176 个引脚 216 个引脚 49 个引脚 81 个引脚 90 个引脚 143 个引脚 PA13 34 46 72 105 124 147 A11 A12 E12 A15 A15 B3 D2 D4 D3 PA14 37 49 76 109 137 159 A10 A11 A11 A14 A14 A1 C3 A2 B1 PA15 38 50 77 110 138 160 A9 A10 B11 A13 A13 A2 B2 B3 C2 PB2 20 28 37 48 58 63 L6 J5 L5 M6 M5 G3 J6 J7 L7 PB3 39 55 89 133 161 192 A8 A7 B6 A10 A10 A3 A5 B6 B7 PB4 40 56 90 134 162 193 A7 A6 A6 A9 A9 A4 B5 A6 C7 PC14-OSC32_IN 3 3 8 8 9 9 D1 B1 E1 E1 E1 C7 C9 B10 D11 PC15- OSC32_OUT 4 4 9 9 10 10 E1 C1 F1 F1 F1 C6 D9 B9 E11 PH0 - OSC_IN 5 5 12 23 29 32 F1 D1 G2 G1 G1 D7 E9 F10 J11 PH1 - OSC_OUT 6 6 13 24 30 33 G1 E1 G1 H1 H1 D6 F9 F9 H10 BOOT0 44 60 94 138 166 197 A4 D5 A5 D6 E6 A5 A7 A7 C9 NRST 7 7 14 25 31 34 H2 F1 H2 J1 J1 E7 D8 G10 H9 BYPASS_REG - - - - 48 - E3 H5 M1 L4 L5 - J8 D9 N11 PDR_ON - - - 143 171 203 H3 E5 C3 C6 E5 B6 B8 A8 A11 VBAT 1 1 6 6 6 6 E2 C2 E5 C1 C1 B7 B9 A10 C11 VDDA - - 22 33 39 42 M1 M1 J4 R1 R1 - - - L10 VREF+ - - 21 32 38 41 L1 L1 J3 P1 P1 - - - L11 VDDA/VREF+ 9 13 - - - - - - - - - F7 H8 G9 - VSSA - - - - - - J1 J1 J1 M1 N1 - - - - VREF- - - - - - - K1 K1 J2 N1 N1 - - - - VSSA/VREF- 8 12 20 31 37 40 - - - - - E6 F7 H10 K10 VDDUSB33 - - - - (95) - - - C11 - - - - E1 - - VDD - - - - 15 15 - - F4 F3 F4 - - - E10 VDD - - 11 17 23 26 G2 D3 G8 G3 H5 - - B8 - VDD - - 19 30 36 39 - - - - J5 - H9 - G7 VDD - 19 28 39 49 52 - F4 J11 K4 K5 - - E4 J8 40/44 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3]

AN4488 参考设计 表 12. 所有封装的参考连接 ( 续 ) 4 边都有引脚封装的引脚数 BGA 封装的引脚数芯片尺寸封装 引脚名称 48 个引脚 (1) 64 个引脚 100 个引脚 (1) (2) 144 个引脚 176 个引脚 208 个引脚 100 个引脚 144 个引脚 169 个引脚 176 个引脚 216 个引脚 49 个引脚 81 个引脚 90 个引脚 143 个引脚 VDD - - - - - 59 - - - - L7 - - - J7 VDD - - - 52 62 73 - G5 D10 N8 L8 - - - - VDD - - - 62 72 83 - G6 G10 N9 L9 - - - J5 VDD 24 32 50 72 82 94 G12 G7 F8 N10 L10 F2 J2 - J6 VDD - - - - 91 103 - - H8 J12 K11 - - - - VDD - - - 84 103 115 - F8 F7 J13 J11 - - - L1 VDD - - - - - 124 - - - - H11 - - - - VDD - - - 95 (-) 114 137 - F10 E6 H13 G11 - - - G1 VDD 36 48 75 108 127 150 G11 F9 H4 G13 F11 B2 A1 E6 C1 VDD - - - - - 158 - - D3 - E10 - - - A1 VDD - - - - 136 171 - F7 D6 C9 E9 - - - C5 VDD - - - 121 149 185 - F6 L6 C8 E8 - - F7 E6 VDD - - - 131 159 204 - F5 K6 C7 E7 - A8 A1 D7 VDD 48 64 100 144 172 - - - - C5 - A7 - - - VDD - - - - - - C4 - - - F5 - - - - VCAP1 22 31 (30) 49 (48) 71 81 92 L11 H7 N9 M10 L11 G2 J3 F4 N2 VCAP2-47 (-) 73 106 125 148 C11 G9 D12 F13 E11 - C2 B1 D1 VSS - - - - 14 14 - - F6 F2 F2 - - - E7 VSS - - 10 16 22 25 F2 D2 G7 G2 H6 - - C9 H7 VSS - 18 27 38 - - - - - - J6 - G8 - - VSS - - - - - 51 - G4 - - K6 - - E5 - VSS - - - 51 61 60 - - - M8 L6 - - - - VSS - - - 61 71 72 - - G9 M9 K7 - - - - VSS 23 - (31) - (49) - - 82 F12 H6 J6 - K8 D3 - - H3 VSS - - - - - 93 - - - - K9 - H3 - H2 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3] 41/44 43

参考设计 AN4488 表 12. 所有封装的参考连接 ( 续 ) 4 边都有引脚封装的引脚数 BGA 封装的引脚数芯片尺寸封装 引脚名称 48 个引脚 (1) 64 个引脚 100 个引脚 (1) (2) 144 个引脚 176 个引脚 208 个引脚 100 个引脚 144 个引脚 169 个引脚 176 个引脚 216 个引脚 49 个引脚 81 个引脚 90 个引脚 143 个引脚 VSS - - - - - - - - E7 - K10 - - - - VSS - - - - - 114 - G8 - - J10 - - - - VSS - - - - - 125 - - - - H10 - - - - VSS - - - - 90 136 - - J7 H12 G10 - - - D2 VSS - - - 83 102 149 - G10 J10 - F10 - B1 E7 - VSS - - - - - - - - D11 - F9 - - - F5 VSS - - - 94 113 170 - E7 - G12 F8 - - - - VSS 35 - (47) 74 107 126 184 F11 - D7 F12 F7 B1 - E8 - VSS - - - - 135 - - - - D9 - - - - - VSS - - - 120 148 202 - E6 F5 D8 F6 - B7 - - VSS - - - 130 158 - - - - D7 G6 - - - - VSS 47 63 99 - - - - - - D5 - A6 - - - VSS - - - - - - D3 - - - G5 - - - - 1. 圆括号中的引脚适用于 STM32F401xx / F411xx 2. 圆括号中的引脚适用于 STM32F446xx 42/44 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3]

AN4488 修订历史 9 修订历史 表 13. 文档修订历史 日期版本变更 2014 年 6 月 20 日 1 初始版本 2014 年 10 月 28 日 2015 年 3 月 20 日 2 3 在表 1 中增加了 STM32F411xC/xE 在表 3 中增加了脚注 更新了表 6 和表 12 更新了图 1 图 5 和图 6 更新了第 2.3.4 节为 STM32F411xC/xE 增加了第 2.3.5 节增加了图 7 和图 8 更新了表 1: 适用产品 ; 更新了表 3: 调压器 ON/OFF 及内部供电监控器的可用性 表 4: 封装总览 ( 不包括 WCSP) 表 5:WCSP 封装总览 表 6: 引脚排列总览和表 12: 所有封装的参考连接 ; 更新了图 10:STM32F4 系列的 LQFP64 封装兼容板设计 图 11: STM32F4 系列的 LQFP100 封装兼容板设计 图 13: STM32F10xx/STM32F4xx 兼容的电路板设计用于 LQFP64 封装 图 14:STM32F10xx/STM32F2xx/STM32F4xx 兼容的电路板设计用于 LQFP100 封装和图 15:STM32F10xx/STM32F2xx/STM32F4xx 兼容的电路板设计用于 LQFP144 封装 ; 增加图 12:STM32F4xx / STM32F446xx 兼容的电路板设计用于 LQFP144 封装 表 14. 中文文档修订历史 日期版本变更 2015 年 9 月 9 日 1 中文初始版本 DocID026304 Rev 1 [English Rev 3] 43/44 43

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