关于STM32微控制器设计振荡器需考虑因素ECS-3225S18-120-FN-TR

关于STM32微控制器设计振荡器需考虑因素ECS-3225S18-120-FN-TR，ECS公司作为晶体行业的佼佼者，致力于为全球用户提供性能优越,低成本的石英晶体振荡器产品，通过自身的努力，实现初步目标，匠心打磨高质量振荡器编码ECS-3225S18-120-FN-TR，型号ECS-3225S，微型ECS-3225S是一种微型SMD HCMOS紧密稳定性晶体振荡器。3.2x2.5x0.9mm的陶瓷封装是理想的用于稳定性至关重要的无线和物联网应用。

随着行业需求变化，ECS公司开发针对STM32处理器进行深入探究，表1显示了STM32处理器系列的范围，以及它们如何与不同的垂直应用相匹配。选择所需的MCU系列显然是设计人员必须考虑的第一选择。其中一些选择超出了本文的范围，例如影响整体设计的时钟速度、内部架构和内存级别。架构的功率水平是晶体振荡器设计的关键因素。设计师在此阶段选择使用超低功耗处理器将对振荡器环路的设计产生重大影响。许多STM32 MCU提供可变驱动电平。这些产品为设计人员提供可动态修改跨导的LSE振荡器，如STM32L0等同类产品。其他MCU，如STM32L1或F4，是固定的驱动电平，灵活性可能较差。

2.设计师在选择水晶时应该考虑哪些整体因素？

a.晶体是否符合设计指南并按计划运行？

b.晶体振荡器能满足应用的功耗需求吗？

c.晶体大小是否符合应用需求；是够小，下驱还是AEC-Q200？

d.晶体能否满足设计设定的成本目标？

3.影响STM32 MCU晶体振荡器设计的规格参数

a.启动——启动绩效可以从两个方面来看；首先，在环境条件下，贴片有源晶振是否会在应用中持续启动；其次，上电时启动需要多长时间。影响启动的数据手册参数有:CL、ESR和C0。降低这些值可以提高增益裕量，从而改善启动。更深入的解释将在第5部分讨论，包括增益裕量。

图1显示了典型的Vdd从0V开始上升，以及振荡器闭环增益如何增加，直到达到单位增益，振荡器环路稳定下来，锁定谐振器频率。从0V到稳定振荡启动的时间显示为启动时间。

b.成本——批量生产会影响构成晶体谐振器的所有BOM项目的全球市场。3.2x1.5毫米贴片晶振的尺寸是目前销量最大的，因此我们认为这种尺寸的价格非常有竞争力。作为STM32参考设计，ECS在这一尺寸上有最多的选择，有20个选项(Ref #2，第36页)。更小尺寸的趋势通常是2.0×1.2毫米是下一个使用的选择。成本随着封装尺寸的进一步减小而增加。

c.封装尺寸–如上所述，在移动无线解决方案的推动下，封装尺寸越来越小。ECS公司提供业界最广泛的手表晶振选择，并为所有STM32 MCU提供参考零件号。范围从1.2 x 1.0 mm到8.0x3.8mm。不同的封装尺寸会带来不同的限制，其中一个主要参数是ESR。由于晶体毛坯的尺寸，ESR随着封装尺寸的减小而增加，这反过来影响晶体的gm_crit。ESC选择工具在这方面很有帮助，允许设计人员进行这些考虑。

d.容差——大多数设计会寻找标准的20ppm容差晶体；容差是25°c时制造测量的ppm范围，在某些应用中，更严格的容差很重要，这也是ECS选择工具有助于缩小选项范围的地方。

e.驱动电平–驱动电平是一个重要参数，在频谱的两端都需要满足。过低会导致晶振无法启动，过高会导致晶振损坏或振荡器环路饱和，从而环路增益降至< 1，振荡器可能停止工作。

1. 1.低驱动–ECS选择工具列出了特定STM32处理器在选定或标准驱动电平下增益裕量为5或更大的所有器件。这确保了晶体将启动并且是优先的。ECS选择工具有助于设计人员满足这一强制性要求，但也允许您探索各种选项。选择一个较低的gm_crit actual将意味着通过晶体的驱动电流较低，因此使用较少的功率。
2. 2.高驱动–另一个极端是晶振和振荡器环路无法承受的驱动。一些STM32 MCU具有高驱动可配置设置，因此建议使用12.5pFCL晶振。

关于STM32微控制器设计振荡器需考虑因素ECS-3225S18-120-FN-TR，上图2摘自STM32 AN2867 (Ref #2，第20页)，显示了使用不同驱动电平时需要考虑的一些折衷方案。通常，低功耗是手持或无线连接应用的驱动因素。该图显示，选择6pF或更小的中低驱动电平CL是这些应用的起点。ECS选择工具有助于完善这一点；通过选择例如F0中低，可以选择从6pF到4pF的C1范围。然后，可以通过选择尺寸和ESR进行进一步优化，以找到最佳解决方案。

记住较低的CL值会增加拉力。因此，电容容差等设计差异可能会导致生产精度降低或可变性增加。这些CL较低的晶体也更容易受到噪声环境的影响。如果这是合适的解决方案，ECS可提供业界最低的ESR。

如果低功耗不是驱动因素，则较高的CL值将为高噪声环境提供更强的鲁棒性。在这些实施MCU高驱动的情况下，建议使用12.5pF的CL。这将使振荡器闭环不容易饱和。这种饱和情况发生在正弦波接近供电轨时，闭环中的放大器使正弦峰值变平(削波)，突然小信号增益瞬间降至零。只有当输出幅度增加时，这种情况才会恢复，直到非线性将平均小信号增益降至1，振荡才能继续。记住，巴克豪森准则的首要条件是环路增益(Aβ)的幅度必须为1。

过驱动是振荡稳定性的一个问题，表现为无振荡或高抖动。同样，我们需要考虑晶体中的驱动。规范将详细说明最大驱动级别，并且应该进行测试以查看是否超过这些标准。