【经验】EFM32低功耗32位单片机的USB电路设计

时间： 2019-04-03 来源：世强

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EFM32系列是ARM内核的低功耗单片机。优异的低功耗特性，使EFM32系列单片机在手持设备、传感器模块、家用医疗器械、遥控器等设备上广泛应用。EFM32的USB接口，是一种常用的数据通讯外设，支持USB主和OTG模式。EFM32的USB接口如图1所示，除了USB接口的4个引脚外，还有USB_VREGI、USB_VREGO和USB_VBUSEN引脚。使设计时，不知道如何选择设计电路。下面具体介绍，不同需求的电路设计。

图1 EFM32低功耗32位单片机 USB结构框图

1. EFM32采用USB接口直接供电，无外部电源和电池供电

图2 USB接口直接供电

USB_VREGI为内部LDO的输入引脚，USB_VREGO为内部LDO的输出引脚。USB接口通过VBUS引脚提供5V电源，经过内部LDO转换为3.3V电源，为VDD供电。该种电路设计简单，无需外部电源，成本低，用于USB从口设计。缺点是，USB接口不连接时，MCU不工作。

2. EFM32采用外部电源供电，不用USB供电

图3 外部电源供电，USB不供电

该电路用于USB从接口设计，USB PHY通过VBUS取电。而内核VDD供电采用外部1.8~3.6V电源。该电路设计简单，无需连接USB有可以工作。缺点是，需要外加电源，增加成本。

3. 外部电源和USB双电源供电

图4 双电源供电模式

该电路用于USB从口设计。VDD和USB_VREGO之间增加一个电源切换模块。当USB没有连接时，可以采用外部电源供电；当USB连接后，可将供电电源切换到USB接口，减少外部电源的使用，特别是电池供电应用，可以增加电池寿命。缺点是增加IO口使用，增加电源切换电路成本。

4. 采用5V电源供电的OTG模式

图5 5V供电的OTG接口设计

由于OTG模式，USB接口做为从时，是受电端；而作为主时，是供电端。所以需要使用USB_VBUSEN引脚来控制VBUS引脚是否供电。OC引脚通过GPIO检测USB接口是否过流，从而保护USB接口。5V外部电源通过内部LDO，转换为3.3V，同时给USB PHY和VDD供电，满足EFM32的供电需求。

5. 采用3.3V电源供电的OTG模式

图6 采用3.3V的供电模式

目前很多系统都是采用3.3V供电。由于外部电源直接提供3.3V电压，无需使用内部LDO。但是USB OTG作为主端时，需要对外提供5V电源，所以需要增加一颗升压芯片，将3.3V电压升压到5V对外供电。

6. EFM32的USB作为单主模式，电源设计和OTG模式类似，可以参考OTG的电源设计图设计。

EFM32系列单片机有Cortex-M0+、Cortex-M3、Cortex-M4内核，全速运行功耗低至37uA/MHz。处理USB接口外，还集成LCD驱动，低功耗传感器接口（支持LC传感器和电容按钮），多种加密硬件引擎，10/100 以太网 MAC、CAN 总线控制器，以及多种通用接口。极低的功耗设计理念，丰富的外设，超小封装，是低功耗产品的最佳选择。

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