[问答]

LSE晶体是否仅在RTC使用的1秒数量级上准确以便抖动平均呢？

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 在我们的产品中，我们希望使用 LSE 晶体来准确计时大约 0.1 秒的测量。在本例中，我们使用的是 STM32G474 MCU。使用 Nucleo-G474 板进行概念验证工作，我们发现 LSE 时钟在 0.1 秒的时间尺度上存在非常严重的抖动。我们使用 Nucleo 板测试 LSE 稳定性的程序如下：配置 tiM5.1 以在 TI1 上输入 LSE 脉冲。配置 TIM5.2 在 TI2 上输入 PA1 脉冲。启用 LSE。将来自非常稳定的频率发生器的 32.768 kHz 信号馈入 PA1。启用 HSE。将 PLL 配置为 170 MHz。切换 SYSCLK 以运行 170 MHz PLL。重复测量 TIM5.1 和 TIM5.2（两个通道同时测量）的 3272 个脉冲中 170 MHz 滴答的数量。通过比较在 LSE 的 3272 次计数中经过的 170 MHz HSE 派生滴答数与在我们的参考发生器的 3272 次中经过的滴答数，我们可以看到参考发生器通道上的滴答计数非常稳定，而 LSE 通道上的滴答计数差异很大。参考发生器测量非常稳定这一事实意味着 170 MHz 时基必须非常稳定，这意味着 HSE 必须非常稳定。一切都非常稳定，以至于该通道上的滴答计数落入 2-3 个 bin。这非常好，也是我们正在寻找的精度，也是我们在测量其他类型的稳定振荡器时通常看到的精度（我们的产品基于精确测量许多不同类型的晶体振荡器）。另一方面，LSE 测量非常糟糕，在短时间范围内落入 25 个或更多 bin 的范围内。为了尝试理解这个问题，我们从不同的设计中修改了我们自己的一块（非 Nucleo）板，以便我们可以将来自频率发生器的第二个信号馈送到 LSE OSC_IN 引脚并将其配置为旁路模式（LSEBYP = 1 ). 在这种模式下，使用相同的技术来测量 LSE，我们实现了 2-3 个 bin 的精度，这与通道 TIM5.2 上测量的精度相匹配。因此，这似乎不是备用电源域和主电源域之间的某种重新同步问题，而是实际上 STM LSE 晶体驱动电路非常不稳定。为了说明这个问题，这里有 50 个样本在大约 5 秒的时间内在 Nucleo 板上采集： LSE TIM5.2 ---------- ---------- 1: 0x01030389 0x01030413 2: 0x01030382 0x01030412 3: 0x0103038F 0x01030412 4: 0x0103038D 0x01030412 5: 0x0103038E 0x01030413 6: 0x0103038C 0x01030413 7: 0x0103038B 0x01030412 8: 0x01030391 0x01030412 9: 0x0103038C 0x01030412 10: 0x01030392 0x01030411 11: 0x01030394 0x01030412 12: 0x01030387 0x01030411 13: 0x01030388 0x01030412 14: 0x01030397 0x01030412 15: 0x0103038B 0x01030413 16: 0x0103038E 0x01030412 17: 0x01030388 0x01030412 18: 0x0103038D 0x01030412 19: 0x0103038A 0x01030412 20: 0x0103038D 0x01030411 21: 0x01030390 0x01030412 22: 0x0103038B 0x01030412 23: 0x01030388 0x01030413 24: 0x0103038B 0x01030413 25: 0x01030387 0x01030412 26: 0x0103038A 0x01030412 27: 0x0103038A 0x01030411 28: 0x01030390 0x01030412 29: 0x01030389 0x01030412 30: 0x0103038C 0x01030411 31: 0x01030389 0x01030412 32: 0x01030384 0x01030413 33: 0x0103038A 0x01030412 34: 0x01030389 0x01030412 35: 0x01030386 0x01030412 36: 0x0103038F 0x01030411 37: 0x01030383 0x01030412 38: 0x0103038F 0x01030412 39: 0x0103038A 0x01030412 40: 0x01030396 0x01030411 41: 0x0103038F 0x01030412 42: 0x0103038F 0x01030413 43: 0x01030395 0x01030412 44: 0x0103038F 0x01030412 45: 0x0103038C 0x01030411 46: 0x0103038F 0x01030411 47: 0x0103038E 0x01030412 48: 0x01030393 0x01030412 49: 0x0103038B 0x01030412 50: 0x01030390 0x01030412 我们可以看到参考生成器与 0x01030411 - 0x01030413 之间的计数非常一致，而 LSE 到处都是。我们的理解是 LSE 应该非常准确，所以这些结果让我们非常失望。作为进一步的测试，我们将电路板配置为在 RCC_MCO (PA8) 上回显 LSE 时钟，并且只观察第二个上升沿，示波器上似乎有很多可见的抖动，尽管我们没有尝试表征它，除了用眼睛。我附上了我们用来执行此测量的代码，以防此处可能出现任何问题。请注意，这段代码使用了我们的内部库，但它在做什么应该很明显。由于 TIM5_CH2 上的测量非常稳定，并且旁路模式下 LSE 通道上的测量也非常稳定，我们认为我们正在正确执行测量，问题出在 LSE 晶体或驱动电路的行为上。我们也尝试过改变 LSEDRV 值，但这对抖动没有任何帮助，而且当我们这样做时它实际上改变了 LSE 频率。有没有其他人试图描述 LSE 在短时间范围内的表现？这里的期望是什么 - 它是否仅在 RTC 使用的 1 秒数量级上准确，以便抖动平均？我们可以做些什么来改善这种表现吗？如果没有办法使STM驱动电路充分发挥作用，我们目前正在考虑在旁路模式下使用外部晶振。 #define LSE_MODE_XTAL 1 #define LSE_MODE_BYPASS 2 #define LSE_MODE LSE_MODE_XTAL #if LSE_MODE == LSE_MODE_XTAL #define LSE_DRV_VAL 1 #endif // The number of prescaled edges to count on each TIM5 channel. We set the // prescaler to 8, and want to perform measurements of roughly 0.1 seconds on // the LSE and TIM5.2 timer inputs which are both running at 32.768 kHz, so an // edge count of 409 is appropriate. #define TIM_EDGE_MEASURE_COUNT 409 // We discard the first N edges counted on each TIM5 channel to ensure we are // aligned to the rising edge of a pulse. #define TIM_EDGE_DISCARD_COUNT 2 // The total number of edges we should count. #define TIM_EDGE_TOTAL_COUNT (TIM_EDGE_MEASURE_COUNT + TIM_EDGE_DISCARD_COUNT) int main() { // Initialize trace logging. trace_init(); // Reset the backup domain. RCC.enable_rcc_device(PWR); PWR.unlock_backup_domain(); RCC.reset_backup_domain(); // Start the LSE. #if LSE_MODE == LSE_MODE_XTAL RCC->bdcr = (LSE_DRV_VAL << 3); RCC->bdcr = (LSE_DRV_VAL << 3) \| 1; #elif LSE_MODE == LSE_MODE_BYPASS RCC->bdcr = 0x00000004; RCC->bdcr = 0x00000005; #endif // Configure PLL for 170 MHz. PWR.set_vcore_voltage(stm32g4::VCORE_1V28); RCC.enable_hse(); RCC.select_hsclk(stm32g4::HSCLK_SOURCE_HSE); RCC.configure_pllr(6,85,2); FLASH.set_latency(4); RCC.set_hpre(2); RCC.select_sysclk(stm32g4::SYSCLK_SOURCE_PLLRCLK); __spin_delay_m4(85); RCC.set_hpre(1); // Configure pin PA1 to act as TIM5_CH2. RCC.enable_rcc_device(GPIOA); GPIOA.configure(1,2,stm32::GPIO_AF); // Configure TIM5 to measure LSE pulses on channel 1 and TIM5_CH2 pulses // on channel 2, both with a prescaler value of 8. Channels 3 and 4 are // put into input mode and disabed. RCC.enable_rcc_device(TIM5); TIM5->ccer = 0; TIM5->cr1 = 0x00000000; TIM5->tisel = 0x00000002; TIM5->ccmr[0] = 0x00003D3D; TIM5->ccmr[1] = 0x00000101; TIM5->arr = 0xFFFFFFFF; TIM5->psc = 0; // Repeatedly count edges on TIM5.1 and TIM5.2, discarding the first 2 // edges from each channel to ensure we are aligned to the start of a pulse. for (;;) { // Reset TIM5 for the new measurement. TIM5->cnt = 0; TIM5->sr = 0; TIM5->cr1 = 0x00000001; TIM5->ccer = 0x00000011; // Wait for the desired number of edges. uint32_t lse_edges = 0; uint32_t ch2_edges = 0; uint32_t lse_start_cnt = 0; uint32_t ch2_start_cnt = 0; uint32_t lse_end_cnt = 0; uint32_t ch2_end_cnt = 0; while (lse_edges < TIM_EDGE_TOTAL_COUNT \|\| ch2_edges < TIM_EDGE_TOTAL_COUNT) { uint32_t sr = TIM5->sr; if (sr & (1 << 1)) { uint32_t ccr1 = TIM5->ccr[0]; if (lse_edges < TIM_EDGE_TOTAL_COUNT) { ++lse_edges; if (lse_edges == TIM_EDGE_DISCARD_COUNT) lse_start_cnt = ccr1; else if (lse_edges == TIM_EDGE_TOTAL_COUNT) lse_end_cnt = ccr1; } } if (sr & (1 << 2)) { uint32_t ccr2 = TIM5->ccr[1]; if (ch2_edges < TIM_EDGE_TOTAL_COUNT) { ++ch2_edges; if (ch2_edges == TIM_EDGE_DISCARD_COUNT) ch2_start_cnt = ccr2; else if (ch2_edges == TIM_EDGE_TOTAL_COUNT) ch2_end_cnt = ccr2; } } } // Stop TIM5. TIM5->ccer = 0; TIM5->cr1 = 0x00000000; // Transmit/record the number of elapsed TIM ticks on each channel. uint32_t lse_ticks = (lse_end_cnt - lse_start_cnt); uint32_t ch2_ticks = (ch2_end_cnt - ch2_start_cnt); TRACE("(nedges) (lse_ticks) (ch2_ticks)", TIM_EDGE_MEASURE_COUNT,lse_ticks,ch2_ticks); } } 感谢其他人可能有的任何见解，并感谢您花时间看这个！ 0
2022-12-14 08:25:45　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × wang21cj 该类别下有 44 个回答。邀请回答新星之火12138 该类别下有 41 个回答。邀请回答 chm5 该类别下有 39 个回答。邀请回答 hgimtk 该类别下有 33 个回答。邀请回答 HengDu 该类别下有 30 个回答。邀请回答 hwp0415229 该类别下有 28 个回答。邀请回答 jghgfdssas 该类别下有 28 个回答。邀请回答颜刚YanG 该类别下有 26 个回答。邀请回答可口可甜该类别下有 26 个回答。邀请回答 kingnet6688 该类别下有 26 个回答。邀请回答 jenny042 该类别下有 25 个回答。邀请回答 kingnet9999 该类别下有 25 个回答。邀请回答 andyfly7 该类别下有 25 个回答。邀请回答麻酱该类别下有 25 个回答。邀请回答 zyh34997 该类别下有 25 个回答。邀请回答柱子图宁该类别下有 25 个回答。邀请回答云汉007 该类别下有 24 个回答。邀请回答 ggfvxv 该类别下有 24 个回答。邀请回答 heks 该类别下有 24 个回答。邀请回答 iyfhnvbn 该类别下有 24 个回答。邀请回答举报张亮相关推荐 • labview的采样率上限数量级是10^6吗？ 2936 • 可以将外部晶振连接到LSE引脚以获得准确的RTC吗？ 304 • 请问AD9361跳频稳定时间是一个什么数量级？ 5251 • STM32U5 LSE/PC13勘误表和LSE旁路模式的问题求解 280 • RTC不起作用 2219 • 开关电源的NTC阻值一般是什么数量级的？ 3588 • 内部时钟源引起的RTC不准确怎么解决？ 289 • 如何去验证RTC系统是否在正常工作呢 308 • STM32F373 RTC在VBAT下是准确的，但在通电时不准确是为什么？ 170 • 有没有一种方法可以使RTC在短时间内停止计数的地方中断呢？ 332 1个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 你指的是 HSE 驱动的主 PLL 吗？是的。 > TIM5.2 上参考信号的测量似乎暗示 HSE + 170 MHz PLL 的组合实际上非常稳定。 IMO 极其稳定，不允许出现 1 个跳动点以外的偏差，但我们看到 2 个跳动点。 > 我打赌 LSE 波形比方波更正弦当然，它是一个纯窦——这就是使用水晶的全部意义所在，它是物有所值的最佳过滤器。 > 与看起来不错的 HSE 比较器相比，为什么 LSE 比较器如此糟糕？ LSE 的时间不确定性是 1/32kHz 的一小部分，假设周期的 1% 的不确定性将为 300ns。您测量的 170MHz 几乎是完美的，即您测量的分辨率为 cca 6ns；所以你应该看到大约 50 个抖动计数——你实际上看到大约 20 个，所以抖动要么稍微好一点，要么测量过程稍微隐藏了它。 OTOH，HSE 的不确定性是 1/12MHz=83.3ns 的一小部分，因此假设绝对完美的 PLL 和绝对完美的外部采样源，除非偏差为 cca >6ns，即 >7%，否则您将看不到任何差异，是你在 LSE 看到的 10 倍。实际上，您看到的 1 个周期的差异可能就是这样 - 很难说出 PLL 的贡献是什么，DS（周期到周期抖动）中的特征在告诉 PLL 的环路贡献实际上可能是什么方面并不是很有用。 > HSE 和 LSE 晶体的频率偏移主要是由于温度和 HSE:LSE 的比率可以在校准过程中测量我不确定这会产生什么结果，即使它会在相当长的时间内进行衡量。相反，频移不是单调的；所以你可能无法明确地从另一个校准一个。测量 HSE 晶体的温度可能更合理，例如使用非常靠近它的廉价热敏电阻。

2022-12-14 11:04:43 评论举报沈家春