STM32晶振选型-晶振不起振-晶振及负载电容-晶振参数计算器

第一步：增益裕量(Gainmargin)计算(请参考4.3节：振荡器的增益裕量)●选择一个晶振(参考MCU的数据手册确定晶振的频率)●计算晶振的增益裕量(Gainmargin)并检查其是否大于5：如果Gainmargin5，说明这不是一个合适的晶振，应当再挑选一个低ESR值和/或低CL值的晶振，重新第一步。如果Gainmargin5，进行第二步。第二步：外部负载电容的计算(请参考4.2节：负载电容CL)计算CL1和CL2的值，并检查标定为该计算值的电容是否能在市场上获得。●如果能找到容值为计算值的电容，则晶振可以在期望的频率正常起振。然后转到第三步。●如果找不到容值为计算值的电容：─该应用对频率要求很高，你可使用一个可变电容并将其调整到计算值，然后转到第三步。─如果对频率的要求不是特别苛刻，选择市场上能获得的电容中容值距计算值最近的电容，然后转到第三步。第三步：驱动级别及外部电阻的计算(请参考4.4节：驱动级别DL外部电阻RExt计算)●计算驱动级别DL并检查其是否大于DLcrystal：─如果DLDLcrystal，没必要使用外部电阻，祝贺你，你找到了合适的晶振。─如果DLDLcrystal，你应该计算RExt使其确保DLDLcrystal并据此重新计算Gainmargin。如果Gainmargin5，祝贺你，你找到了合适的晶振。如果Gainmargin5，你别无选择，再重新挑选另外一个晶振吧。然后重新回到第一步。计算晶振的增益裕量(Gainmargin)并检查其是否大于5：如果Gainmargin5，说明这不是一个合适的晶振，应当再挑选一个低ESR值和/或低CL值的晶振，重新第一步。如果Gainmargin5，进行第二步。如果对频率的要求不是特别苛刻，选择市场上能获得的电容中容值距计算值最近的电容，然后转到第三步。如果DLDLcrystal，你应该计算RExt使其确保DLDLcrystal并据此重新计算Gainmargin。如果Gainmargin5，祝贺你，你找到了合适的晶振。如果Gainmargin5，你别无选择，再重新挑选另外一个晶振吧。然后重新回到第一步。计算晶振的增益裕量(Gainmargin)并检查其是否大于5：如果Gainmargin5，说明这不是一个合适的晶振，应当再挑选一个低ESR值和/或低CL值的晶振，重新第一步。如果Gainmargin5，进行第二步。如果DLDLcrystal，你应该计算RExt使其确保DLDLcrystal并据此重新计算Gainmargin。如果Gainmargin5，祝贺你，你找到了合适的晶振。如果Gainmargin5，你别无选择，再重新挑选另外一个晶振吧。然后重新回到第一步。第一步：增益裕量(Gainmargin)计算π3.14晶振手册：F=32768HzC0=2pFCL=6pFESR(R1)=50000ΩSTM32手册：gm=5μA/V（选择单位）gm单位：μA/V(Oscillatortransconductance)mA/V结果：gmcrit=5.420E-07=0.54204μA/Vgainmargin=9.22第二步：外部负载电容的计算Cs=3pF注：一般取2~75~6CL1=CL2=6.0pF第三步：驱动级别及外部电阻的计算对于32kHz的振荡器来说，一般不推荐使用外部限流电阻(译注：因为LSE的常见问题是振荡器驱动能力不足而非晶振被过分驱动)ESR是指晶振的等效串联电阻(其值由晶振制造商给出)：IQ是流过晶振电流的均方根有效值，使用示波器可观测到其波形为正弦波。电流值可使用峰－峰值(IPP)。当使用电流探头时(如图6)，示波器的量程比例可能需要设置为1mA/1mV。图6使用电流探头检测晶振驱动电流如先前所描述，当使用限流电位器调整电流值，可使流过晶振的电流不超过IQMAX均方根有效值(假设流过晶振的电流波形为正弦波)。IQMAX均方根有效值表达式如下：因此，流过晶振的电流IPP不应超过IQMAXPP(使用峰－峰值表示)，IQMAXPP表达式如下：4.4.3外部电阻RExt计算输入：振荡器频率F=8MHzCL2=15pF得到：RExt=1326Ω注意：如果RExt值太小，晶振上可能会承担太多的功耗。如果RExt值太大，振荡器起振条件将得不到满足从而无法正常工作。计算驱动级别DL并检查其是否大于DLcrystal：─如果DLDLcrystal，没必要使用外部电阻，祝贺你，你找到了合适的晶振。─如果DLDLcrystal，你应该计算RExt使其确保DLDLcrystal并据此重新计算Gainmargin。如果Gainmargin5，祝贺你，你找到了合适的晶振。如果Gainmargin5，你别无选择，再重新挑选另外一个晶振吧。然后重新回到第一步。这个电阻的作用是限制晶振的驱动级别，并且它与CL2组成一个低通滤波器，以确保振荡器的起振点在基频上，而不是在其他高次谐波频率点上(避免3次，5次，7次谐波频率)。如果晶振的功耗超过晶振制造商的给定值，外部电阻RExt是必需的，用以避免晶振被过分驱动。如果晶振的功耗小于晶振制造商的给定值，就不推荐使用RExt了，它的值可以是0Ω。对RExt值的预估可以通过考虑由RExt和CL2的电压分压RExt/CL2实现(注意到RExt和CL2构成了一个分压/滤波器，考虑通带宽度应不小于振荡器频率)，则有RExt的值等于CL2的电抗：优化RExt值的方法推荐如下：首先根据前面的介绍确定好CL1和CL2的值，其次使用电位器来代替RExt，RExt值可预设为CL2的电抗值。然后调整电位器的值直到它满足晶振驱动级别的需要，此时电位器的值即是CL2值。注意：在计算完RExt值后要重新计算Gainmargin的值(请参考4.3节)以确保RExt值对起振条件没有影响。例如，RExt值的值需要加入到ESR中参与gmcrit的计算，同时要保证gmgmcrit注：分路电容（shuntcapacitance）低频（32K）高频对于32kHz的振荡器来说，一般不推荐使用外部限流电阻(译注：因为LSE的常见问题是振荡器驱动能力不足而非晶振被过分驱动)电流值可使用峰－峰值(IPP)。当使用电流探头时(如图6)，示波器的量程比例可能需要设置为1mA/1mV。如先前所描述，当使用限流电位器调整电流值，可使流过晶振的电流不超过IQMAX均方根有效值(假设流过晶振的电流波形为正弦波)。因此，流过晶振的电流IPP不应超过IQMAXPP(使用峰－峰值表示)，IQMAXPP表达式如下：注意：如果RExt值太小，晶振上可能会承担太多的功耗。如果RExt值太大，振荡器起振条件将得不到满足从而无法正常工作。如果DLDLcrystal，你应该计算RExt使其确保DLDLcrystal并据此重新计算Gainmargin。如果Gainmargin5，你别无选择，再重新挑选另外一个晶振吧。然后重新回到第一步。这个电阻的作用是限制晶振的驱动级别，并且它与CL2组成一个低通滤波器，以确保振荡器的起振点在基频上，而不是在其他高次谐波频率点上(避免3次，5次，7次谐波频率)。如果晶振的功耗超过晶振制造商的给定值，外部电阻RExt是必需的，用以避免晶振被过分驱动。如果晶振的功耗小于晶振制造商的给定值，就不推荐使用RExt了，它的值可以是0Ω。对RExt值的预估可以通过考虑由RExt和CL2的电压分压RExt/CL2实现(注意到RExt和CL2构成了一个分压/滤波器，考虑通带宽度应不小于振荡器频率)，则有RExt的值等于CL2的电抗：优化RExt值的方法推荐如下：首先根据前面的介绍确定好CL1和CL2的值，其次使用电位器来代替RExt，RExt值可预设为CL2的电抗值。然后调整电位器的值直到它满足晶振驱动级别的需要，此时电位器的值即是CL2值。注意：在计算完RExt值后要重新计算Gainmargin的值(请参考4.3节)以确保RExt值对起振条件没有影响。例如，RExt值的值需要加入到ESR中参与gmcrit的计算，同时要保证gmgmcrit