AS32S601 系列 MCU芯片GPIO Sink/Source 能力测试方法

一、引言

随着电子技术的飞速发展，微控制器（MCU）在工业控制、汽车电子、商业航天等众多领域得到了广泛应用。国科安芯推出的AS32S601 系列 MCU 以其卓越的性能和可靠性，成为了众多设计工程师的首选之一。为了确保其在实际应用中的稳定性和可靠性，对 GPIO 引脚的 Sink（灌电流）和 Source（拉电流）驱动能力进行测试具有重要意义。

二、测试目的

验证 AS32S601 系列 MCU GPIO 引脚的 Sink 和 Source 驱动能力，评估其在驱动外部负载时的稳定性和可靠性，为工业控制、汽车电子、商业航天等领域的外设连接设计提供准确的参考依据，确保其能够满足各种复杂应用场景下的需求。

三、测试依据

1. 硬件规格 ：AS32S601 系列 MCU 芯片GPIO 引脚支持高电流输出，最大输出能力为 20mA，可通过软件灵活配置为推挽输出、开漏输出等多种模式。其工作输入电压范围为 2.7V~5.5V，具备良好的宽电压适应性。
2. 通用标准 ：基于 GPIO 驱动能力测试规范，重点验证引脚在额定电流下的电压保持能力，确保其在规定的电流范围内能够稳定地输出电压，从而保证外部设备的正常运行。

四、测试环境

1. 硬件准备

设备 / 器材	规格要求	用途
测试 MCU 板	AS32S601 系列	提供待测试的 GPIO 引脚
直流电源	2.7V~5.5V（可调）	为 MCU 及负载供电，可模拟不同的工作电压场景
可调负载仪	精度 ±1%	模拟外部负载，通过调节负载大小来改变电流，以测试 GPIO 引脚在不同电流下的性能
数字万用表	电压 ±0.01V，电流 ±1mA	准确测量 GPIO 引脚输出的电压及电流值，为测试数据提供精确的量化依据
面包板及导线	适配 LQFP144 封装引脚间距	用于搭建测试回路，方便连接各个测试设备和元器件，确保测试电路的稳定性和可靠性

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2. 软件准备

配置相应的开发环境，使 GPIO 引脚能够按照测试要求进行模式设置，如推挽输出模式等。同时，调试工具用于实时读取 GPIO 输出状态及参数，以便及时掌握引脚的工作情况，为测试结果的分析提供准确的数据支持。

五、测试原理

（一）Source 能力

当 GPIO 引脚配置为推挽输出高电平时，向外部负载提供电流。在测试过程中，逐步增加负载电流，观察并记录 GPIO 引脚输出电压的变化情况。在额定电流（如 20mA）下，若输出电压不低于一定阈值（如 VCC-0.5V），则表明 GPIO 引脚具备良好的 Source 能力，能够稳定地为外部负载提供电源。

（二）Sink 能力

将 GPIO 引脚设置为推挽输出低电平时，引脚从外部负载吸收电流。同样地，通过调节负载电流，记录不同电流下 GPIO 引脚的输出电压。在额定电流下，若输出电压不高于相应阈值（如 0.5V），则说明 GPIO 引脚具有出色的 Sink 能力，可以有效地吸收外部电路的电流，保证整个电路的稳定运行。

六、测试步骤

（一）前期配置

1. 将测试 MCU 板接入直流电源，并将其输出电压设置为 3.3V（典型电压值），以模拟常见的工作电压环境。
2. 在开发环境中，对目标 GPIO 引脚进行配置，将其设置为推挽输出模式，并确保初始状态为低电平，以便为后续的测试做好准备。
3. 搭建测试回路，将 GPIO 引脚通过电阻箱与电源 / 地连接，并在电路中串联数字万用表，用于实时监测流经 GPIO 引脚的电流值。

（二）Source 能力测试

1. 配置 GPIO 引脚输出高电平，然后缓慢调节电阻箱的阻值，使流经 GPIO 引脚的电流从 0mA 逐步增加至 20mA。在这个过程中，仔细观察数字万用表上的电流变化情况，确保电流的调节精度和稳定性。
2. 在不同的电流点，使用数字万用表测量并记录 GPIO 引脚的输出电压值。这些数据将用于评估 GPIO 引脚在不同负载条件下的 Source 能力。
3. 当电流达到 20mA 时，持续观察 GPIO 引脚输出电压的稳定性，记录其在 30 秒内的电压波动情况，以评估其在额定电流下的长期稳定性。
4. 为了确保测试结果的准确性和可靠性，重复上述测试过程 3 次，并对每次的测试数据进行详细记录和分析。

（三）Sink 能力测试

1. 配置 GPIO 引脚输出低电平，接着调节电阻箱的阻值，使 GPIO 引脚吸收的电流从 0mA 逐步增加至 20mA。同样地，要确保电流调节的平稳性和精确性，避免因电流突变对 GPIO 引脚造成不必要的应力。
2. 在不同的电流点，测量并记录 GPIO 引脚的输出电压值，以便对 GPIO 引脚的 Sink 能力进行量化评估。
3. 当电流达到 20mA 时，持续观察 GPIO 引脚输出电压的稳定性，记录其在 30 秒内的电压变化情况，从而确定其在额定电流下的稳定性能。
4. 重复测试 3 次，以获取足够的数据样本，为后续的测试结果分析提供充分的依据。

七、测试标准

测试项目	额定电流	3.3V 供电电压要求	判定标准
Source 能力	≤20mA	输出高电平≥2.8V	电压达标且波形稳定，无明显的电压波动和失真，能够确保外部负载设备的正常供电和稳定运行
Sink 能力	≤20mA	输出低电平≤0.5V	电压达标且波形稳定，保证外部电路在向 GPIO 引脚输出电流时，引脚能够有效地吸收电流，维持整个电路的稳定状态

八、测试结果分析

（一）数据整理

将多次测试所得到的 GPIO 引脚输出电压与电流的数据进行整理，绘制出电压 - 电流（V-I）特性曲线图。通过观察曲线的形状和走势，可以直观地了解 GPIO 引脚在不同电流下的电压变化情况，从而对其 Sink 和 Source 能力有一个清晰的总体认识。

（二）稳定性评估

分析 GPIO 引脚在额定电流（20mA）下输出电压的稳定性情况，包括电压的波动幅度、波动频率等参数。较小的电压波动幅度和较低的波动频率表明 GPIO 引脚在长时间工作时具有较好的稳定性，能够可靠地驱动外部负载。

（三）与标准对比

将测试结果与上述测试标准进行对比，判断 GPIO 引脚的 Sink 和 Source 能力是否满足设计要求。若测试结果符合标准，则说明 AS32S601 系列 MCU 的 GPIO 引脚在该测试条件下能够正常工作；反之，则需要进一步分析原因，找出可能存在的问题，如硬件设计缺陷、软件配置错误等，并采取相应的改进措施。

九、结论

经过对 AS32S601 系列 MCU GPIO 引脚 Sink/Source 能力的严格测试和详细分析，可以得出以下结论：

1. 该系列 MCU 的 GPIO 引脚 Sink/Source 能力完全符合设计规格，在 20mA 额定驱动电流下，能够稳定地输出或吸收电流，且在 3.3V 供电电压下，输出高电平和低电平均能达到相应的电压要求，满足工业、汽车及商业航天领域常规外设驱动的需求。
2. 其 2.7V~5.5V 的宽电压适应性使得该 MCU 能够在多种不同的供电环境下稳定工作，为复杂多变的实际应用提供了有力保障。
3. 灵活的输出模式配置（如推挽输出、开漏输出等）以及 LQFP144 封装的布局优势，使得 AS32S601 系列 MCU 在电路设计和 PCB 布局布线方面具有较高的灵活性和便利性，有利于工程师根据具体的应用需求进行优化设计，提高系统的整体性能和可靠性。

审核编辑 黄宇