STM32外部RTC晶振起振原理剖析及实践指导

发现问题

使用cubemx配置RTC时钟为外部LSE时钟源之后，运行代码发现代码卡在LSE时钟初始化上。
当外接两个22pf匹配电容时晶振无法正常起振，当去除匹配电容之后正常工作，使用示波器抓取信号发现信号不稳定。

查找资料

于是开始查找资料，查找到ST官方关于晶振振荡器的相关文档链接：

英文原稿：https://pan.baidu.com/s/1KhNFi93t99395QASgge4ag?pwd=pp5a
中文翻译：https://pan.baidu.com/s/1jIr-eTTLYVBKxnm01DfITg?pwd=fd84

翻阅《ST微控制器振荡器指南.pdf》文档，后查阅有振荡器的增益裕量：

皮尔斯振荡器

发现晶振起振与振荡器的增益裕量有关，而增益裕量与晶振频率、负载电容(C_L 厂家给的晶振的参数)、匹配电容（C₀ 晶振两端接的电容值）、晶振的等效串联电阻（ESR）和振荡器的反向器的跨导有关。

解决问题过程

查阅使用的晶振参数

由于我使用的是H750的芯片
查阅H7芯片内部反相器的跨导

表中的Drive level为stm32内部的驱动能力，对应HAL库为

__HAL_RCC_LSEDRIVE_CONFIG(RCC_LSEDRIVE_HIGH);

更高的驱动等级对应更强的起振能力

由增益裕量计算公式：

可以开始计算我所选择的晶振是否满足H750的驱动条件：

当外接匹配电容值为20求得：

=
计算得当外接20pf匹配电容时，远大于H7芯片内部反相器的跨导中的跨导值，从而不满足晶振起振条件，无法起振。

当外接匹配电容值为0求得：

发现增益裕量小于low驱动等级的2.5，晶振可以起振，但是不满足可靠起振条件的5倍，与示波器抓取晶振信号波形不稳定的现象一致。

解决方法

而根据公式计算，当晶振负载电容为6pf，ESR为35KΩ时

=

而根据芯片内部反相器的跨导，增益裕量满足最小值5倍，晶振起振较为稳定
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