STM32外部晶振电的主时钟方案
stm32的时钟源
stm32f103有两种主时钟方案，一个是依靠内部rc振荡器的hsi（内部高速时钟），另一个是hse（外部高速时钟）。
内部高速时钟源（hsi）
看数据手册，内部的hsi是由st出厂时校准过的，但是精度并不高，在0到70℃下误差范围达到 -1.3%到2%，即便是在标准的25℃下，也有 -1.1%到1.8% 的误差（如下图）。
对于高波特率的异步串口通讯，或者需要高精度定时的场合（如：需要跑积分算法的时候），用hsi就有隐患，甚至根本达不到设计要求。
外部高速时钟源（hse）
为了更高的时钟精度，就要用hse做主时钟源，起码做到30ppm还是很容易的。无源晶振相对便宜一些，要求不是非常高的话也足够了。
对于外部无源晶振，需要做一些匹配工作。当然，直接baidu一个原理图，啥也不想，直接照着抄也可以运行。但是这样的设计，批量生产会不会出问题？某些特定环境下会不会崩溃？系统稳定性会不会很低？……都是未知数。这就是给自己的设计埋下隐患，说不定什么时候就崩了。
所以还是来看看怎么匹配吧–
就以 stm32f103 和 晶技hc-49smd 8m 20pf 20ppm 的匹配为例
1. 负载电容匹配
负载电容就是下图中的cl1、cl2，一般取cl1 = cl2，这两个电容和晶体q构成三点式电容振荡器。
那么要把cl1、cl2跟谁匹配呢？其实就是跟晶振的参数：load capacitance匹配，简称cl，从晶振的数据手册可以查到，见下图：
我们选择的是20pf系列的晶振，所以cl = 20pf
当然我们知道，在电路板走线上还有寄生电容，连接的芯片输入端也有等效电容，这部分也要考虑进去。从st手册可以查到，stm32f103的晶振输入电容是5pf，而pcb走线的寄生电容一般可以估值3pf到5pf。我们这里就取cs = 10pf。下面看公式：
由于我们取了cl1 = cl2，公式就可以变为：cl1 = cl2 = 2 * （cl - cs）
把cs = 10pf，cl = 20pf带入上面的公式，能求出：cl1 = cl2 = 20pf
因此cl1、cl2均取为20pf。
2. 晶振跨导计算
为了确保晶振能顺利起振，并运行在稳定状态，就得有足够的增益来维持。一般要求就是，单片机的gm比晶振的gmcrit大5倍以上就可以。下面就求一下这个比值，看看是否大于5倍。
首先看stm32f103手册，可以直接获知：gm = 25ma/v
有了gm = 25ma/v，就要用它跟晶振的最小稳定跨导gmcrit相比较。gmcrit是要我们计算一下的：
这里面的几个未知参数的意义是：
esr——晶振的等效串联电阻，手册里查到
f——晶振的振荡频率
c0——晶振的shunt capacitance
cl——晶振的负载电容load capacitance
好，下面看晶振的手册，找这几个参数：
f = 8mhz，c0 = 7pf，cl = 20pf，esr = 80ω。参数get√，计算：
gmcrit = 4*80*(2π*8*10^6)^2*(7*10^-12 + 20*10^-12)^2
gmcrit = 0.1886
现在gm、gmcrit都有了，可以比一下了
比值 = gm/gmcrit = 25/0.1886 = 132
可见，这个比值是132，远大于5倍的最低要求，所以我们选择的晶振是合适的。如果算出来是不合适的，那就要选用更小esr，更低cl的晶振。其实stm32对于高速晶振的要求不高，但是对于外部低速rtc晶振的要求高一些，选型时要多加留意。
3. 驱动电平dl（drive level）
驱动电平其实就是指晶振工作消耗的功率，如果这个功率过大，超过晶振承受能力，则晶振寿命将减少，容易过早失效。晶振的推荐功率，可以在上图（晶振数据手册）中找到，我们选择的这个晶振的dl范围是1到500uw，推荐是100uw。如果实际工作功率过大，就串联一个rext来限制功耗。实际功耗怎么获得？这个得自己用示波器测量，然后带入esr计算出来。
4. 反馈电阻rf （feedback resistance）
把这个放最后，其实不是因为他没啥用，而是因为st已经把他集成到芯片里面了，我们不用太多关心这个问题了。这个rf的作用就是让放大器vin = vout，来强制工作在放大区间
总结
以上写的4项，对于stm32f103的高速外部晶振，其实主要考虑“1.负载电容计算”就可以了，这个是直接性影响最大的。
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内部高速时钟源（hsi）
看数据手册，内部的hsi是由st出厂时校准过的，但是精度并不高，在0到70℃下误差范围达到 -1.3%到2%，即便是在标准的25℃下，也有 -1.1%到1.8% 的误差（如下图）。
对于高波特率的异步串口通讯，或者需要高精度定时的场合（如：需要跑积分算法的时候），用hsi就有隐患，甚至根本达不到设计要求。
外部高速时钟源（hse）
为了更高的时钟精度，就要用hse做主时钟源，起码做到30ppm还是很容易的。无源晶振相对便宜一些，要求不是非常高的话也足够了。
对于外部无源晶振，需要做一些匹配工作。当然，直接baidu一个原理图，啥也不想，直接照着抄也可以运行。但是这样的设计，批量生产会不会出问题？某些特定环境下会不会崩溃？系统稳定性会不会很低？……都是未知数。这就是给自己的设计埋下隐患，说不定什么时候就崩了。
所以还是来看看怎么匹配吧–
就以 stm32f103 和 晶技hc-49smd 8m 20pf 20ppm 的匹配为例
1. 负载电容匹配
负载电容就是下图中的cl1、cl2，一般取cl1 = cl2，这两个电容和晶体q构成三点式电容振荡器。
那么要把cl1、cl2跟谁匹配呢？其实就是跟晶振的参数：load capacitance匹配，简称cl，从晶振的数据手册可以查到，见下图：
我们选择的是20pf系列的晶振，所以cl = 20pf
当然我们知道，在电路板走线上还有寄生电容，连接的芯片输入端也有等效电容，这部分也要考虑进去。从st手册可以查到，stm32f103的晶振输入电容是5pf，而pcb走线的寄生电容一般可以估值3pf到5pf。我们这里就取cs = 10pf。下面看公式：
由于我们取了cl1 = cl2，公式就可以变为：cl1 = cl2 = 2 * （cl - cs）
把cs = 10pf，cl = 20pf带入上面的公式，能求出：cl1 = cl2 = 20pf
因此cl1、cl2均取为20pf。
2. 晶振跨导计算
为了确保晶振能顺利起振，并运行在稳定状态，就得有足够的增益来维持。一般要求就是，单片机的gm比晶振的gmcrit大5倍以上就可以。下面就求一下这个比值，看看是否大于5倍。
首先看stm32f103手册，可以直接获知：gm = 25ma/v
有了gm = 25ma/v，就要用它跟晶振的最小稳定跨导gmcrit相比较。gmcrit是要我们计算一下的：
这里面的几个未知参数的意义是：
esr——晶振的等效串联电阻，手册里查到
f——晶振的振荡频率
c0——晶振的shunt capacitance
cl——晶振的负载电容load capacitance
好，下面看晶振的手册，找这几个参数：
f = 8mhz，c0 = 7pf，cl = 20pf，esr = 80ω。参数get√，计算：
gmcrit = 4*80*(2π*8*10^6)^2*(7*10^-12 + 20*10^-12)^2
gmcrit = 0.1886
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比值 = gm/gmcrit = 25/0.1886 = 132
可见，这个比值是132，远大于5倍的最低要求，所以我们选择的晶振是合适的。如果算出来是不合适的，那就要选用更小esr，更低cl的晶振。其实stm32对于高速晶振的要求不高，但是对于外部低速rtc晶振的要求高一些，选型时要多加留意。
3. 驱动电平dl（drive level）
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