AN5042 STM32 無線 MCU 的 HSE 頻率和啟動時間的精確調諧

引言

本應用筆記描述了如何使用 STM32WB 和 STM32WL 系列微控制器（以下簡稱 STM32 無線MCU），對用于 RF 應用的 HSE 進行調諧。此類產品提供了一種具有成本效益的高效解決方案，其中通過使用其內部負載電容來控制振蕩器精度，從而節(jié)省了外部電容的成本并減少了晶振限制。

STM32 無線 MCU 采用外部振蕩器高速時鐘源作為 RF 時鐘生成的基礎。HSE 精度對于 RF 系統(tǒng)性能至關重要，因此對外部振蕩器進行精細調諧來實現最高時鐘精度。

本文檔的第一部分介紹了晶體振蕩器解決方案。第二部分介紹并比較了三種 HSE 頻率調諧方法，即手動調諧方法、自動調諧方法和基于 STM32CubeMonitor-RF 的調諧方法（僅適用于 STM32WB系列）。以下各節(jié)描述了這些方法在 STM32WB 和 STM32WL Nucleo 板上的應用，提供了采用STM32Cube 擴展包 X-CUBE-CLKTRIM 的固件和腳本樣例。

其中一節(jié)專門描述了如何配置 HSE，使其啟動階段穩(wěn)定可靠并針對 STM32WB 系列微控制器得到優(yōu)化。

HSE 振蕩器

RF 系統(tǒng)需要高頻精度才能實現最佳性能。任何時鐘偏差都可能導致系統(tǒng)故障和/或性能下降。

在基于 Arm? (a) Cortex?內核的 STM32 無線 MCU 中，RF 時鐘由高頻 VCO 提供，該 VCO 將使用外部晶體的嵌入式振蕩器產生的信號作為參考。

該晶體是 RF 合成器和微控制器的 HSE（高速外部）時鐘源。其標稱頻率可能會有所不同，具體取決于工藝變化、使用的晶體和 PCB 設計等因素。HSE 錯誤會直接傳輸到 RF 時鐘，因此必須通過調整晶體端子處的負載電容進行精細調諧。

STM32 無線 MCU 具有采用內部負載電容的高效架構，使用戶可對晶體頻率進行微調，而無需額外的外部電容成本。

振蕩器啟動階段的可靠性取決于其實際實現（相關晶體、外部組件、環(huán)境）。對于 STM32WB 系列，提出了一種調整其內部操作的方法，以便對這一階段進行優(yōu)化和鞏固。較長的啟動時間可提高可靠性，但會增加功耗。

STM32 無線 MCU 架構

這些 MCU 嵌入了一個具有成本效益的高效晶體振蕩器系統(tǒng)，具有用于微調的內部電容。用于負載

電容調諧的內部機制具有雙重優(yōu)勢：

減少了對外部晶體的精度限制

減少了 PCB 的全局 BOM（和封裝）。

晶體振蕩器系統(tǒng)由兩個焊盤（OSC_IN 和 OSC_OUT）及其各自的電容組，以及放大器級組成。對于 STM32WB 系列，輸入組和輸出組的電容值相同。該值與振蕩器增益和檢測（用于優(yōu)化啟動階段的參數）一起由寄存器驅動，并對系統(tǒng)行為進行控制。

對于 STM32WL 系列，輸入組和輸出組的電容值是獨立的。這兩個值由兩個 sub-GHz 射頻寄存器驅動，并對系統(tǒng)行為進行控制。

HSE 配置參數-STM32WL 系列

對于 STM32WL 系列，可以設置兩個參數來控制振蕩器模塊。它們可在 SUBGHZ_HSEINTRIMR和 SUBGHZ_HSEOUTTRIMR sub-GHz 射頻寄存器中訪問，這些寄存器分別包含輸入組和輸出組的電容值。相關值由其六個較低位表示（這些寄存器的其余位必須保持在其復位值）。

對于兩個寄存器：

0x00 對應于最小電容（~11.3 pF）

0x2F 對應于最大電容（~33.4 pF）

值不得超過 0x2F，并且微調步長為~0.47 pF

復位值為 0x12，對應于~20.3 pF。

如前所述，SUBGHZ_HSEINTRIMR 和 SUBGHZ_HSEOUTTRIMR 是 sub-GHz 射頻的一部分，而不是系統(tǒng) CPU 的一部分。要修改其值，用戶代碼必須通過其 SPI 接口與 sub-GHz 射頻通信。