MCU 复位期间 PC 端仍然认为 USB 连接未断开

在 STM32H5 项目做 USB‑VCP 虚拟串口、DFU 复位升级场景，会遇到一类隐蔽硬件坑：按下 MCU 硬件复位键，PC 主机没有检测到 USB 设备断开；MCU 复位完成重新运行后，串口工具打开 COM 端口报错异常。插拔 USB 线缆设备识别正常，很多开发者会误判为芯片 USB 外设故障。

该问题并非芯片缺陷，来自第三方非官方开发板的惯性硬件设计：沿袭 STM32F1 时代方案，在 USB‑DP 信号额外并联外部 1.5kΩ 上拉电阻。H5 系列 USB PHY 内部已经集成 DP 上拉，复位时芯片内核、外设全部复位，但外部电阻持续生效，USB 主机依旧识别设备在位。本文还原故障现象、根因、电路对比，同时顺带解析同一块第三方板卡暴露出的 VCAP 内核稳压电容设计错误，给出硬件评审清单与规避方案。

资料获取：实战经验 | LAT1689 MCU复位期间PC端仍然认为USB连接未断开

1 故障现象

测试硬件：网购第三方 STM32H523 核心板。

1. 按住 NRST 复位按键，MCU 进入硬件复位状态，芯片程序停止执行；
2. PC 端 USB 驱动没有弹出设备断开事件，设备管理器中 VCP 虚拟串口仍然存在；
3. 释放复位，MCU 重新启动，USB 重新枚举，串口终端软件打开 COM 口报错；
4. 直接拔插 USB‑Type‑C 线缆，PC 可以正常识别设备插拔，串口工作完全正常；
5. 业务痛点：产品需要通过 MCU 复位触发 DFU 固件升级，复位不断开会导致升级流程异常。

开发人员早期误认为是 STM32H5 芯片 USB 外设本身存在 BUG，对比 STM32F103 旧平台没有该现象。

2. 根因定位：USB‑DP 额外外接 1.5kΩ 上拉电阻

USB 全速设备识别原理

USB 全速设备依靠DP 引脚 1.5kΩ 上拉到 3.3V，通知主机设备已接入。

• STM32F1/F3 系列 USB 外设内部没有集成 DP 上拉电阻，原理图必须外接 1.5kΩ 上拉；
• STM32H5、H7、G0、G4 等新一代 MCU，USB PHY 内置 1.5kΩ DP 上拉电阻，由 USB 外设寄存器控制接通 / 断开，硬件原理图不允许再额外增加外部上拉。

第三方开发板照搬 F103 的老旧设计，在 DP 引脚增加外部 1.5kΩ 上拉，与芯片内部电阻并联。

• 正常上电插拔：芯片内部上拉和外部电阻同时工作，USB 枚举没有明显异常；
• MCU 硬件复位阶段：内核、外设寄存器全部复位，芯片内部上拉被关闭；但是外部 1.5kΩ 电阻不受 MCU 复位影响，持续把 DP 拉高。PC USB 主机判定设备依然保持连接，不会触发断开、重枚举流程，复位重启之后虚拟串口就会出现打开失败。

把外部 1.5kΩ 上拉电阻移除后，USB 复位断开识别功能恢复正常。

3. 同板卡暴露的另一处严重隐患：VCAP 内核稳压电容错误

该第三方开发板除 USB 上拉错误外，VCAP 内核电源外围电路同样不符合 ST 官方参考设计。

1. STM32H5 拥有两个 VCAP 引脚，官方要求：两个 VCAP 引脚短接，每个引脚各放置一颗 2.2μF 低 ESR 陶瓷电容，电容必须尽可能紧贴芯片引脚，用于内部 LDO/SMPS 内核稳压。
2. 这块第三方板卡仅放置一颗 100nF 电容，容量严重不足。会带来内核供电不稳，高温、大负载工况下存在死机、工作异常的隐性风险，问题不一定会在简单点灯测试中暴露。

参考官方文档 AN5711 STM32H5 硬件开发入门，做原理图评审必须核对 VCAP 电容规格、容值、布局约束。

4. 工程落地排查清单

现象 1：MCU 硬件复位，PC 识别不到 USB 断开，VCP 串口打开报错

1. 检查原理图 USB‑DP 引脚，H5/H7/G4/G0 等系列禁止外接 1.5kΩ 上拉电阻，上拉由 USB PHY 内部硬件实现；STM32F1/F3 才需要外部 DP 上拉。
2. 测量硬件复位状态下 DP 引脚电平，如果复位后 DP 依旧是高电平，基本确认外部存在上拉源。
3. 移除外部 DP 上拉电阻，复测复位‑USB 断开识别。
4. 硬件无法修改的折中软件方案：复位前固件将 DP/DM 配置为 GPIO 推挽输出低电平，模拟 USB SE0 断开信号，但硬件复位瞬间该软件动作失效，仅适用于软件软复位场景，不能解决 NRST 硬件复位场景。

现象 2：系统偶发死机，内核运行不稳定

1. 核对 VCAP 引脚数量，两颗 VCAP 引脚必须短接；
2. 每个 VCAP 引脚配 2.2μF 低 ESR 陶瓷电容，电容 PCB 布局必须靠近焊盘；
3. 禁止使用 100nF 小容值电容替代官方推荐 2.2μF。

选型评估提示

1. 做芯片评估优先选用 ST 官方 NUCLEO 系列开发板，原理图经过官方验证；
2. 网购第三方小众核心板，不能直接默认原理图正确，关键 USB、电源部分必须对照 ST 参考手册、应用笔记做原理图评审，否则会引入隐蔽 BUG，误导芯片性能评估。

5. 小结

1. MCU 硬件复位 PC 识别 USB 不断开，典型诱因：STM32H5 等新一代芯片 USB‑DP 引脚额外增加外部 1.5kΩ 上拉电阻。F1/F3 需要外接 DP 上拉，H5/G4/G0/H7 内置上拉，不能沿用 F1 时代设计惯性。
2. 外部上拉电阻不受 MCU NRST 硬件复位控制，复位时 DP 持续为高，USB 主机误认为设备保持连接，导致 VCP 串口、DFU 升级流程异常。移除外部上拉电阻即可解决该硬件问题。
3. 同第三方板卡出现 VCAP 内核稳压电容选型错误，属于隐性风险，简单功能测试很难暴露，会造成内核供电不稳。VCAP 引脚电容容值、数量、布局需要严格遵循 AN5711 官方参考。
4. 第三方非官方开发板不能直接当作设计参考，硬件设计必须对照 ST 应用笔记重新评审，避免把板卡设计缺陷带入量产产品。

6. FAQ

Q：为什么软件软复位不会复现这个问题，只有硬件 NRST 复位才出现？

A：软件复位时外设寄存器不一定全部复位，USB 内部 DP 上拉可能维持开启；NRST 硬件复位会彻底复位全部片上外设，内部上拉关闭，此时外部上拉电阻的影响完全暴露。

Q：产品硬件已经做出来，DP 已经焊上 1.5K，有没有补救办法？

A：硬件上最好去掉该电阻；软件无法干预 NRST 硬件复位瞬间的引脚电平，软件方案不能彻底解决硬件复位场景的 USB 识别问题。

Q：STM32H5 做 USB‑DFU 升级，对硬件有什么强制要求？

A：DP 不能外部上拉；VBUS 检测电路按 AN4879 实现；VCAP 电容严格按官方规格；BOOT0 启动引脚配置正确。

免责声明：本文全部基于 ST 官方 LAT1689 文档，量产硬件原理图请以 ST 官方应用笔记、芯片 datasheet 为准。