Различают узко- и широкодиапазонные МК (Табл. 2.5). Классификационным признаком служат допустимые пределы рабочего питания, при которых изготовитель ещё гарантирует технические параметры согласно даташиту. «Низковольтные» варианты МК отличаются добавлением буквы «L» (Low) или «V» (Very low) в названии. Например, узкий диапазон — 4.5...5.5 В (ATmega128, PIC16F628A), широкий диапазон — 2.7...5.5 В (ATmega128L), 2...5.5 В (PIC16LF628A).

Таблица 2.5. Пределы изменения напряжения питания МК


В любительских разработках используют питание 5 В, хотя в последнее время всё чаще переходят на диапазон 2.7...3.6 В. МК с узким и широким диапазоном питания изготавливаются по одному и тому же технологическому процессу, но вследствие естественного разброса параметров, разбраковываются на группы «хуже — лучше». Это не означает, что МК с диапазоном 4.5...5.5 В не будет работать при пониженном до 3 В питании. Однако нельзя гарантировать его устойчивый запуск при крайних значениях температуры, тактовой частоты и нагрузок.

Общее правило — когда требуется максимальное быстродействие, то повышают напряжение питания и выбирают узкодиапазонный МК, когда требуется минимальный ток потребления — наоборот.

Усреднённые характеристики питания МК:

• напряжение питания 2.7.. .5.5 В (широкий диапазон);

• ток потребления 3.. .15 мА при комнатной температуре, средней тактовой частоте и напряжении питания 3...5 В;

• нагрузка по всем выходам МК должна быть такой, чтобы максимальный ток, протекающий через вывод питания, не превышал 100 мА;

^ обозначение силовых выводов Vcc, GND, как в AVR-контроллерах;

^ аналоговые цепи AVcc, AGND в идеализированном МК имеются, но для упрощения графики на электрических схемах не показываются, хотя питание к ним подводится.

Практические рекомендации

Как показывает опыт электронщиков, МК весьма «нежные» устройства по отношению к броскам питания и не любят перегрузок напряжения, даже кратковременных. Если имеется вероятность попадания на микросхему в аварийном режиме уровней более 5.5...7 В (для каждого МК в даташите по-разному), то необходимо ставить элементы защиты — стабилитроны, сапрессоры.

Частая ошибка увлечённых экспериментаторов заключается в установке МК в панельку «задом-наперёд», противоположной стороной. Получается, что вместо плюса питания может подаваться минус, линии портов могут соединяться с общим проводом и т.д. Подавляющее большинство МК такие опыты выдерживают с достоинством и без разрушения. Здесь важно следить за длительностью воздействия неблагоприятных факторов, чем меньше время, тем лучше. Подача питания обратной полярности вызывает температурный разогрев корпуса МК, но если вовремя снять напряжение, то микросхема, как правило, остаётся целой.

Нумерация выводов питания МК не стандартизована, в отличие от серийных микросхем ТТЛ- и КМОП-логики. Известное правило: «Старший по номеру вывод — это VCC, а вдвое меньший по номеру вывод — это GND» распространяется лишь на некоторые типы МК (в частности, Atmel ATmega8515), и то, для совместимости с цоколёвкой микросхем с ядром MCS-51. Лучшим вариантом с точки зрения помехоустойчивости и частотных свойств является размещение выводов подсистемы питания в центре корпуса (например, Atmel ATmega8535). При этом сокращается путь тока от источника питания к процессорному ядру и снижается индуктивность выводов. На низких тактовых частотах это не столь существенно, а на высоких — приносит ощутимую пользу.

Если корпус микросхемы четырёхгранный, то «земляных» выводов GND, как правило, много и они дублируют друг друга со всех четырёх сторон. Таким нехитрым способом повышается суммарная максимальная токовая нагрузка на линии портов МК до 200...400 мА без перегрева кристалла.

При разработке топологии печатной платы следует придерживаться общих рекомендаций по проектированию аналого-цифровых устройств:

• проводники, по которым распространяются аналоговые сигналы, должны быть как можно короче по длине и располагаться подальше от быстродействующих цифровых трактов;

• аналоговые и цифровые части питания должны соединяться в одной единственной точке, желательно прямо на выводах общего электролитического конденсатора фильтра;

• на печатной плате рекомендуется предусматривать две области сплошной металлизации, отдельно для аналоговой и отдельно для цифровой «земли», над которыми размещаются только «свои» радиоэлементы;

• если выводы GND и AGND соединяются электрически внутри микросхемы, этот момент можно использовать при разводке печатной платы в качестве бесплатной перемычки (но только для цифрового режима и низкой токовой нагрузки);

• если аналоговый компаратор, АЦП и ЦАП не используются, то всё равно для повышения помехоустойчивости рекомендуется соединять между собой цепи AVCC и VCC, GND и AGND любым доступным способом. Исключение из правила — это миниатюрные устройства с батарейным питанием, где отключение аналоговой части может существенно сэкономить энергию.