如何选择和设置外部晶体适配 BlueNRG-X

1. 前言
鉴于经常有客户对如何选择外部低速晶体，如何测试外部 32khz 时钟，如何直接使用外部 32khz 信号源以及如何选择外部高速晶体，如何测试和校准频偏存在诸多困惑，我整理了该文档以备解惑用。
2. bluenrg-低速晶体
2.1. 低速晶体的选择
下面是 bluenrg-1/2 规格书上列的一些指标,主要 fnom=32.768khz， pd 不要超过 0.1uw 就可以了：
下面是 bluenrg-lp 规格书上列的一些指标，主要关注 fnom=32.768khz， pd 不要超过 0.1uw 就可以了：
2.2. 32khz 时钟的测试
鉴于有客户反馈：板子可以正常工作，但是无法测量到 32khz 的时钟。这里我展示了 32khz 时钟的具体测试方法：
2.2.1 测试过程：
1.将示波器探针连接到引脚14（anatest1）测试点。
2.为bluenrg-1平台通电。将示波器设置为捕获一致数量的32 khz波形周期（例如64个周期，因此将时基设置为200μs）。通过这种方式，测量中抖动的影响被最小化。
3.在gui的ifr工具中，执行当前ifr配置的“读取”，然后勾选“ls晶体测量”复选框，然后执行“写入”操作。现在需要一个电源循环才能使新的ifr工作。
（注意：设备编程的固件为dtm_uart.bin或dtm_spi.bin，位于c:程序文件（x86）stmicroelectronicsbluenrg-1_2 dk中
3.1.0固件ble_examplesdtmbluenrg-1）。
4.此时，示波器屏幕上可以看到32.768 khz的波形。进行频率测量：目标值（f=32.768 khz）与测量值之间的差值为频率偏移δf。
2.2.2 期望结果：
如果dut频率>32.768 khz→ 增加xtal上限
如果dut频率<32.768 khz→ 减少xtal上限
要找到振荡器ppm，请使用以下公式：
其中：
δf=偏移
f=32.768千赫
将采用的晶体数据表中声明的ppm值添加到发现的ppm值中。
当 ble 堆栈初始化时，这个最终值必须在从 sca 和主 sca 字段中使用。
2.3. 如何直接使用外部 32khz 信号源
鉴于一些客户不想使用内部 rc 也不想外加 32khz low crystal ，客户想知道如何使用外部 32khz 时钟源，如何使用？这里我展示了具体的使用方法：
2.3.1 正确的输入 pin 脚应该是 sxtal0 pin，时钟源的要求如下：
1. 提供 0 到 1.2v 的方波：
in this case the internal xtal circuit will be disable (less power consumption).
the firmware configuration ls_source=ls_source_external_32khz should be used and, in addition to this, a modification on the file system_bluenrg1.c is needed, that is
.
.
cold_start_config[11] = (1 << 1); / <<<<<<<<< while ((blue_ctrl->radio_config 0x10000) != 0);
.
.
2. 提供从 0 到 1.2 vpp 的周期波形：
in this case the configuration ls_source=ls_source_external_32khz should be used without further modification.
3. bluenrg-高速晶体
3.1. 高速晶体的选择
下面是 bluenrg-1/2 规格书上列的一些指标,主要关注 fnom=32mhz（虽然下图可以选择16mhz，但是不建议选用，会导致部分 ble 功能无法使用），ftol 建议选择+-20ppm， pd 不要超过 100uw，对 cl 没有特殊要求 :
下面是 bluenrg-lp 规格书上列的一些指标,主要关注 fnom=32mhz，ftol 建议选择+- 20ppm， pd 不要超过 100uw，cl 选用 6~8pf 的：
3.2. 如何调谐 bluenrg-lp 内部的负载电容
bluenrg-lp 内部已经嵌入了高速晶体的负载电容，所以无须额外的负载电容，对内部的负载电容的调谐有如下两种方式：
3.2.1 利用 dtm_uart_with_updater 或者 dtm_spi_with_updater 固件，配 st bluenrg gui 上位机软件对内部的负载电容进行调谐，如下图所示：
1. 选择 ifr/device configuration 2. 调谐内部的负载电容值，取值 0~63 3. 最后，点击 write 即可。
3.2.2 在软件中配置内部的负载电容值方法如下：
ll_rcc_hse_setcapacitortuning(xo_tune_value); //其中 xo_tune_value 取值 0~63
4. 如何测试和校准频偏
4.1. 频偏的测试步骤
4.1.1 对于 bluenrg-1/2 或者 bluenrg-lp 来说基本上是一样的：
1．下载 dtm 软件到 bluenrg-lp 板子； 2. 通过 gui 工具打开对应的串口，如下图所示； 3. 按如下步骤 1,2,3 操作就可以产生-2dbm，2402mhz 的载波信号，其它的载波只要更改步骤 2 中的参数就可以了；
4. 通过 rf cable 连接 bluenrg-lp 设备和频谱分析仪，并且设置频谱分析仪:res bw = 1 khz,span = 500 khz；5. 如果实测的频率与设置的频率差异如下：|offset| 2402.05 mhz → increases xtal caps if dut frequency < 2401.95 mhz→ decreases xtal caps
4.2. 频偏的测试方法
4.2.1 对于 bluenrg-1/2，参考上面测试步骤 5）进行下图中负载电容（c14 和 c15）的调节：
4.2.1 对于 bluenrg-lp, 参考上面“2.2 如何调谐 bluenrg-lp 内部的负载电容” 进行内部负载电容的调节。
5. 小结
本篇从高速晶体的选择、频偏的调试着手提供实用的指导以使客户在实际选型、设计中少走弯路。
来源：stm32单片机
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