基于CW32系列MCU实现电池备份(VBAT)功能

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描述

前言 

电池备份(VBAT)功能的实现方法,一般是使用 MCU 自带的 VBAT 引脚,通过在该引脚连接钮扣电池,当系统电源因故掉电时,保持 MCU 内部备份寄存器内容和 RTC 时间信息不会丢失。 

本文档介绍了如何基于 CW32 系列 MCU,通过增加简单的外部电路配合软件实现 VBAT 功能,在系统电源掉电后仍能保持 RTC 时钟正常计时,以及如何降低系统功耗,从而延长后备电池的使用寿命。

1  电路设计 

对于自带 VBAT 引脚的 MCU,MCU 内部有对 VBAT 电源和系统电源的管理单元,保证在系统电源掉电后,及时切换 VBAT 引脚电源给备份域供电,保证 RTC 正常工作。 

对于没有 VBAT引脚的 CW32,要实现类似的功能,可以在外部进行后备带电池和系统电源的切换,如下图所示:

RTC

后备电池(B1)提供的备用电源 VBAT 和系统电源 VDDIN 通过 2 个肖特基二极管(D1)合路,合路后的电源 VDD 给 MCU 的数字域 DVCC 和模拟域 AVCC 进行供电。系统电源 VDDIN 通过 R3、R4 电阻分压得到WAKEIO 信号,连接到 MCU 的 IO 引脚。注意遵循如下规则:

 1. Vwakeio 要大于 MCU IO 口的 Vih;

 2. VDDIN 必须高于 Vb1 在 0.4V 以上,否则如果 VDDIN 和 Vb1 相等,在系统电源正常时,后备电池也会有一定的泄放电流,不利于节省后备电池电量。

2  程序设计 

程序启动后正常初始化时钟、IO、RTC 以及 OELD,循环中检测系统电源是否存在,如存在则读取 RTC 时间并显示。 

当系统电源 VDDIN 因故掉电,则关闭 OLED 电源,并进入 DeepSleep 低功耗睡眠模式。 

当系统电源 VDDIN 恢复供电时,产生高电平中断,唤醒 MCU,退出 DeepSleep 低功耗睡眠模式。

3  参考代码

int32_t main(void)

{

RCC_Configuration();     // 时钟配置

GPIO_Configuration();     //GPIO配置

OLED_Init();          //OLED显示屏初始化配置

dis_err("RTC_TestBoard");   // 显示

FirmwareDelay(5000000);   // 增加延时防止过早休眠影响程序烧写

RTC_init();          //RTC时钟初始化

//DeepSleep 唤醒时,保持原系统时钟来源

RCC_WAKEUPCLK_Config(RCC_SYSCTRL_WAKEUPCLKDIS);

ShowTime();       // 获取时间数据

displaydatetime();    // 显示当前时间

while(1)

{

if( 0==PB05_GETVALUE() )  // 循环检测是否掉电

{

PA05_SETHIGH();   // 关 OLED 电源

SCB->SCR = 0X04;  //DeepSleep

__WFI();       //MCU 进入DeepSleep模式以节省功耗

OLED_Init();     // 外部电源接入后唤醒,重新初始化 OLED

}

else

{

ShowTime();      // 获取时间数据

displaydatetime();   // 显示当前时间

}

}

}

void GPIO_Configuration(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct= {0};

__RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();         // 开 GPIOB 时钟

GPIO_InitStruct.IT  = GPIO_IT_RISING;    // 使能上升沿中断

GPIO_InitStruct.Mode  = GPIO_MODE_INPUT;  // 输入模式

GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_PIN_5 ;    //PB05,连接 WAKEIO 网络

GPIO_Init(CW_GPIOB, &GPIO_InitStruct);  // 初始化 IO

GPIOB_INTFLAG_CLR(bv5);        // 清除 PB05 中断标志

NVIC_EnableIRQ(GPIOB_IRQn);      // 使能 PB05 中断

}

4  实际测试

使用 CW32L031C8T6 设计了用于测试后备电池功能的评估板,实物如下图所示:

RTC

使用 3V 的 CR2032 钮扣电池,实测电池电压为 3.14V;VDDIN 使用可调节数字电源,设置为 3.54V,保证VDDIN >= Vb1 + 0.4V;D1 实测合路后的电源电压为 3.21V。

RTC

4.1 测试数据 

实际测试时,断开 J4 跳线接入万用表,设置万用表为电流测试档位。 

1. 关闭 VDDIN 电源输入,MCU 检测到无外电输入,关闭 OLED 显示,进入 DeepSleep 模式,实测此时B1 电流为 +0.95μA。 

2. 打开 VDDIN电源输入,MCU被高电平中断从 DeepSleep状态唤醒到正常状态,OLED正常显示当前时间,实测此时 B1 电流为 -75nA(负电流是因为 D1 处于反向偏置状态,有小的反向漏电流)。 

测试结果符合电路设计预期,以 CR2032 电池容量为 200mAH 计算,则电池可用时间为 210526 小时,合计24 年(不考虑电池和产品寿命),可实现超长待机时间,完全满足各种低功耗产品对 RTC 后备电池容量需求。

5  附件 

5.1 RTC_TestBoard 单板原理图

RTC

RTC

 

关于武汉芯源半导体

武汉芯源半导体有限公司,于2018年8月28日成立,是上市公司武汉力源信息技术股份有限公司全资子公司,专注芯片的设计、研发、销售及技术服务。武汉芯源半导体CW品牌源于Creative Wisdom首字母CW,传递“创芯源于智慧”的品牌理念。

武汉芯源半导体为电子行业用户提供微处理器MCU、小容量存储芯片EEPROM、功率器件SJ-MOSFET等系列产品,具有产品质量保证、技术性能可靠、供货能力稳定三大竞争优势。

在MCU领域目前已推出通用高性能CW32F003/030系列、安全低功耗CW32L083/031/052系列、无线射频CW32W031系列产品,广泛应用于消费电子、智能家居、物联网、工业控制、医疗电子以及汽车电子行业,未来将能够满足更多的市场需求。

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  审核编辑:汤梓红

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