STM32外部晶振電路設(shè)計(jì)和匹配

1、 STM32外部晶振電路設(shè)計(jì)和匹配STM32的時(shí)鐘源STM32F103有兩種主時(shí)鐘案，個(gè)是依靠?jī)?nèi)部RC振蕩器的HSI（內(nèi)部速時(shí)鐘），另個(gè)是HSE（外部速時(shí)鐘）。內(nèi)部速時(shí)鐘源（HSI）看數(shù)據(jù)冊(cè)，內(nèi)部的HSI是由ST出時(shí)校準(zhǔn)過(guò)的，但是精度并不，在0到70下誤差范圍達(dá)到，即便是在標(biāo)準(zhǔn)的25下，也-1.3%到2%有的誤差（如下圖）。-1.1%到1.8%對(duì)于波特率的異步串通訊，或者需要精度定時(shí)的場(chǎng)合（如：需要跑積分算法的時(shí)候），HSI就有隱患，甚根本達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。外部速時(shí)鐘源（HSE）為了更的時(shí)鐘精度，就要HSE做主時(shí)鐘源，起碼做到30ppm還是很容易的。源晶振相對(duì)便宜些，要求不是常的話(huà)也夠了。對(duì)于外

2、部源晶振，需要做些匹配作。當(dāng)然，直接baidu個(gè)原理圖，啥也不想，直接照著抄也可以運(yùn)。但是這樣的設(shè)計(jì)，批量產(chǎn)會(huì)不會(huì)出問(wèn)題？某些特定環(huán)境下會(huì)不會(huì)崩潰？系統(tǒng)穩(wěn)定性會(huì)不會(huì)很低？都是未知數(shù)。這就是給的設(shè)計(jì)埋下隱患，說(shuō)不定什么時(shí)候就崩了。所以還是來(lái)看看怎么匹配吧就以和的匹配為例晶技HC-49SMD 8M 20pF 20ppmSTM32F1031. 負(fù)載電容匹配 負(fù)載電容就是下圖中的，般取，這兩個(gè)電容和晶體Q構(gòu)成三點(diǎn)式電容振蕩器。CL1 = CL2CL1、CL2那么要把跟誰(shuí)匹配呢？其實(shí)就是跟晶振的參數(shù)：匹配，簡(jiǎn)稱(chēng)，從晶振的數(shù)據(jù)冊(cè)可以查到，見(jiàn)下圖：CLCL1、CL2Load Capacitance我們選擇的

3、是20pF系列的晶振，所以CL = 20pF當(dāng)然我們知道，在電路板線上還有寄電容，連接的芯輸端也有等效電容，這部分也要考慮進(jìn)去。從ST冊(cè)可以查到，STM32F103的晶振輸電容是5pF，PCB線的寄電容般可以估值3pF到5pF。我們這就取 。下看公式：Cs = 10pF由于我們?nèi)×?，公式就可以變?yōu)椋篊L1 = CL2 = 2 * （CL - Cs）CL1 = CL2把帶上的公式，能求出：CL1 = CL2 = 20pFCs = 10pF，CL = 20pF因此CL1、CL2均取為20pF。2.晶振跨導(dǎo)計(jì)算 為了確保晶振能順利起振，并運(yùn)在穩(wěn)定狀態(tài)，就得有夠的增益來(lái)維持。般要求就是，單機(jī)的 晶振的

4、5倍以上就可gmcritgm以。下就求下這個(gè)值，看看是否于5倍。先看STM32F103冊(cè)，可以直接獲知：gm = 25mA/V有了，就要它跟晶振的最穩(wěn)定跨導(dǎo)相較。是要我們計(jì)算下的：gmcritgm = 25mA/Vgmcrit這的個(gè)未知參數(shù)的意義是：ESR晶振的等效串聯(lián)電阻，冊(cè)查到F晶振的振蕩頻率C0晶振的Shunt CapacitanceCL晶振的負(fù)載電容Load Capacitance 好，下看晶振的冊(cè)，找這個(gè)參數(shù)：。參數(shù)Get，計(jì)算：F = 8MHz，C0 = 7pF，CL = 20pF，ESR = 80gmcrit = 4*80*(2*8*106)2*(7*10-12 + 20*10-

5、12)2gmcrit = 0.1886現(xiàn)在gm、gmcrit都有了，可以下了值 = gm/gmcrit = 25/0.1886 = 132可見(jiàn)，這個(gè)值是132，遠(yuǎn)于5倍的最低要求，所以我們選擇的晶振是合適的。如果算出來(lái)是不合適的，那就要選更ESR，更低CL的晶振。其實(shí)STM32對(duì)于速晶振的要求不，但是對(duì)于外部低速RTC晶振的要求些，選型時(shí)要多加留意。3. 驅(qū)動(dòng)電平DL（Drive Level）驅(qū)動(dòng)電平其實(shí)就是指晶振作消耗的功率，如果這個(gè)功率過(guò)，超過(guò)晶振承受能，則晶振壽命將減少，容易過(guò)早失效。晶振的推薦功率，可以在上圖（晶振數(shù)據(jù)冊(cè)）中找到，我們選擇的這個(gè)晶振的DL范圍是1到500uW，推薦是100uW。如果實(shí)際作功率過(guò)，就串聯(lián)個(gè)Rext來(lái)限制功耗。實(shí)際功耗怎么獲得？這個(gè)得波器測(cè)量，然后帶ESR計(jì)算出來(lái)。4. 反饋電阻Rf （Feedback Resistance） 把這個(gè)放最后，其實(shí)不是因?yàn)樗麤](méi)啥，是因?yàn)镾T已經(jīng)把他集成到芯了，我們不太多關(guān)這個(gè)問(wèn)題了。這個(gè)Rf的作就是讓放器Vin = Vout，來(lái)強(qiáng)制作在放區(qū)間總結(jié)以上寫(xiě)的4項(xiàng)，對(duì)于STM32F103的速外部晶振，其實(shí)主