Для питания любого МК требуются, как минимум, два провода: положительный («плюс», «Power supply*) и отрицательный («минус», «Ground reference*). Обозначают их в даташитах и на схемах следующими сокращениями (Рис. 2.8):

• VCC (Voltage Collector-to-Collector) или VDD (Voltage Drain-to-Drain);

• GND (GrouND) или VSS (Voltage Source-to-Source).

Внутреннее сопротивление МК обозначается переменным резистором RX. Почему переменным? Потому, что ток потребления МК варьируется по мере исполнения программы. Зависит он также от режима работы, напряжения питания, температуры, тактовой частоты, нагрузки на выходные линии. В «спящем» режиме ток составляет единицы микроампер, в рабочем — десятки миллиампер, в максимально нагруженном — 0.1...0.3 А. Конкретные значения приводятся в даташите.

Несколько замечаний о принятых в международной инженерной практике условностях [2-3]. Напряжение на выводе биполярного транзистора по отношению к общему проводу GND обозначается буквой «V» (англ. «Voltage») и одним из подстрочных индексов: «B» (англ. «Base», база), «C» (англ. «CoUector», коллектор), «E» (англ. «Emitter», эмиттер). К примеру, VC — это напряжение на коллекторе относительно GND. Напряжение между двумя выводами транзистора обозначается двойным индексом: VCE — это напряжение между коллектором и эмиттером.

Индекс, образованный двумя одинаковыми буквами указывает на источник питания: VCC — положительный, VEE — отрицательный контакт. Образно можно представить себе транзистор проводимости n—p—n, у которого коллектор соединяется с питанием (C-C), а эмиттер с «массой» (E-E). Транзисторы проводимости p—n—p в эту стройную теорию не помещаются, сказывается тот факт, что они изначально по технологическим причинам были меньше распространены.

Для полевых n-канальных транзисторов существуют аналогичные названия, соответственно, VDD (плюс питания, напряжение «сток — сток», «Drain-to-Drain») и VSS (минус питания, напряжение «исток — исток», «Source-to-Source»).

Поскольку современные МК состоят из полевых транзисторов, то логично было бы их выводы питания обозначить парой « VDD- VSS», а не « VCC-GND», как у микросхем ТТЛ-логики. Однако, здесь начинается самое интересное (Табл. 2.4). Единообразие отсутствует даже в МК одной фирмы и одного семейства.

Таблица 2.4. Варианты обозначения выводов питания МК

Пример 1. Микросхема Z86L33 фирмы Zilog, выполненная в корпусе с 28 выводами, имеет название цепей питания «VDD-VSS», а та же микросхема в корпусе с 40 выводами — «VCC-GND».

Пример 2. В семействе ATmega фирмы Atmel принято обозначение « VCC-GND» (далее в книге как основное), а в семействе ARM той же фирмы « V)D-GND».

Пример 3. МК К1816ВЕ49 имеет два вывода питания, один из них VCC является основным, а другой VDD служит для подключения резервной батареи.

Наверное, дальше всех в казуистике названий продвинулась микросхема TMS320F фирмы Texas Instruments, имеющая вывод общего провода с «двойной фамилией» Vssiagnd.

Тем, кто часто работает с разными семействами МК, пригодится простое мнемоническое правило — поскольку за буквой «C» латинского алфавита сразу следует буква «D», значит VCC и VDD относятся к одной и той же цепи, т.е. к питанию. Вывод GND ни с чем не спутаешь, это «земля», «общий провод». Остаётся обозначение VSS, которое методом исключения приравнивается к GND.

Кстати, слово «вывод» (англ. «pin» — булавка) употребляется в электронике для микросхем, транзисторов, конденсаторов, диодов, резисторов, оптопар, катушек индуктивности. Олово «контакт» — для разъёмов, переключателей, джамперов, реле, перемычек, а вот сленговые названия «ноги, ножки» более характерны человеку, нежели электронному изделию.

Организация питания в МК

Двухпроводное питание современным МК досталось по наследству от «прадедушек» i8048/i8051. Сейчас оно в основном применяется в малогабаритных МК с числом выводов 6.. .18, например, в Atmel ATtiny, Microchip PIC10/12. Мера вынужденная, т.к. свободных выводов катастрофически не хватает.

С развитием технологии в состав МК стали вводить аналоговые узлы АЦП/ЦАП, которые весьма чувствительны к помехам. Произошёл естественный переход на трёх- (Рис. 2.9), четырёх- (Рис. 2.10, а...в) и многопроводные (Рис. 2.11, а, б) схемы питания.

Добавление цепей AVCC (Analog VCC) и AGND (Analog GND) позволяет развязать между собой аналоговые и цифровые части микросхемы, уменьшить импульсные помехи, повысить инструментальную точность каналов АЦП и ЦАП.

Переменные резисторы RA и RD отличаются между собой по сопротивлениям. Во времени они тоже изменяются по разным законам. Например, в рабочем режиме «цифровой» ток значительно больше «аналогового». Следовательно, RA больше, чем RD. В ждущем режиме ситуация может измениться с точностью до наоборот.

Резисторы RG, RV — это омические сопротивления, непосредственно измеренные тестером между выводами микросхем. Их наличие или отсутствие не поддаётся логическому предсказанию и обычно не указывается в даташитах. Например, в одном и том же семействе Atmel ATmega у микросхем ATmega8 и ATmega16 питание выполняется, соответственно, по схемам, изображённым на Рис. 2.10, в и

Рис. 2.10, б.

В каждом конкретном случае разобщённость внутренних цепей надо проверять экспериментально, не надеясь на знаменитый славянский «авось». Абсолютные значения сопротивлений резисторов RG, RV у разных фирм отличаются, что связано с особенностями технологии изготовления.

Многопроводные схемы особенно характерны для 16- и 32-битных МК, у которых питание разделяется на несколько потоков. А именно: ядро процессора, периферийные буферы, аналоговая часть, система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), генераторный блок и т.д. Названия цепей встречаются самые экзотические: ^га^ ^гал^ ^dcom^ v33, dvcc ^га^ AV+, Vss4, DVss, vssa. Рекордсменом в этой области можно считать МК семейства Atmel AT91CAP, где в одном корпусе насчитывается 12 неповторяющихся названий выводов питания и 8 вариаций названий общего провода. Каждая из силовых цепей в свою очередь продублирована несколькими одноимёнными выводами с разных сторон четырёхгранного корпуса, что позволяет равномернее распределить токовую нагрузку.