4.1 如何选择合适的晶体和外部器件
STM32 MCU/MPU 内置低速振荡器
低速谐振器市场上的晶体谐振器种类很多。选定一款型号，取决于多个参数。需要重点考虑的参数（仅列技术因素）：
- 晶体尺寸或占板面积
- 晶体负载电容（CL）
- 振荡频率偏差（PPM）
- 启动时间
这几项之间要按关键设计准则做权衡。图12：按上述因素和权衡关系，市面上的谐振器分为两类。
图12 低速晶体谐振器分类
负载电容、功耗、可拉性
大负载电容谐振器（如12.5 pF）要求振荡器输出更大驱动功率，回路才能稳定在谐振器标称频率上。
面向低功耗的设计，例如纽扣电池供电、要求超长续航的RTC应用，多用负载电容较小的谐振器。
大CL谐振器的可拉性（pullability）远小于小CL谐振器。
功耗无严格约束的设计，多用大CL晶体，以降低可拉性。
尺寸与ESR
手持和可穿戴消费市场（智能手机、蓝牙配件）是晶体谐振器用量最大的领域之一，该市场晶体尺寸是关键指标。
小尺寸晶体的ESR偏高。
目标设计对功耗有严格约束（常见情况）时，选型难度更大：选CL尽可能小的晶体，优先保功耗，即使牺牲可拉性。
高ESR晶体的启动时间略长。
晶体尺寸无约束时，选ESR尽可能小的晶体。
噪声环境
工业应用基本都属于噪声环境。
功耗无约束时，选大CL晶体。
这类晶体需要振荡器提供大驱动电流，抗噪声和外部扰动能力更强。
另一个好处是设计可拉性最小。
STM32 内置低速振荡器（LSE）的类型
视器件而定，下列谐振器系列可能全部兼容，也可能只有部分兼容。STM32 器件内置两类 LSE：
- 固定增益：增益恒定，仅兼容上述少数几组晶体。STM32F2、STM32L1 的 LSE 面向功耗严格受限的设计，所选晶体应为低CL、中等ESR。STM32F1 的 LSE 面向中等ESR、中等CL的晶体。
- 可配置增益：主要优势是兼容晶体数量大，器件本身几乎不构成约束。兼容清单长，设计者可按功耗、占板面积等设计约束选型。分两类：
-- 动态（运行时）可改增益 LSE：起振前或使能后均可改增益。
-- 静态可改增益 LSE：仅在 LSE 关闭时可改。要增减振荡器跨导，须先关闭 LSE。
表5 列出 STM32 器件内置的 LSE。
注意
静态或动态改增益后，须重新校准振荡频率，以估算最终精度不确定度（PPM）预算。
STM32F0、STM32F3 中，高驱动模式（gm = 25 µA/V）只能配 12.5 pF 晶体，避免振荡回路饱和导致起振失败。
配低CL晶体（如6 pF）时，振荡频率出现抖动，占空比可能失真。
表5 STM32 MCU/MPU 内置 LSE 振荡器（图示）
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| 系列 | 驱动电平 | gm 最小值 | Gm_crit_max | 单位 |
| C0 | 中高 | 8.5 | 1.7 | µA/V |
| C0 | 高 | 13.5 | 2.7 | µA/V |
| F0、F3 | 低 | 5 | 1.0 | µA/V |
| F0、F3 | 中低 | 8 | 1.6 | µA/V |
| F0、F3 | 中高 | 15 | 3 | µA/V |
| F0、F3 | 高 | 25 | 5 | µA/V |
| F1、T | 不适用 | 5 | 1 | µA/V |
| F2、F4_g1(2) | 不适用 | 2.8 | 0.56 | µA/V |
| F4_g2(3) | 低 | 2.8 | 0.56 | µA/V |
| F4_g2(3) | 高 | 7.5 | 1.5 | µA/V |
| F7 | 低 | 2.4 | 0.48 | µA/V |
| F7 | 中低 | 3.75 | 0.75 | µA/V |
| F7 | 中高 | 8.5 | 1.7 | µA/V |
| F7 | 高 | 13.5 | 2.7 | µA/V |
| L1 | 不适用 | 3 | 0.6 | µA/V |
| G0、G4、H7 | 低 | 2.5 | 0.5 | µA/V |
| L0、L4、L4+、L5；MP1、MP2；N6；U0、U3、U5(4)；WB、WB0、WBA(5)、WL | 中低 | 3.75 | 0.75 | µA/V |
| L0、L4、L4+、L5；MP1、MP2；N6；U0、U3、U5(4)；WB、WB0、WBA(5)、WL | 中高 | 8.5 | 1.7 | µA/V |
| L0、L4、L4+、L5；MP1、MP2；N6；U0、U3、U5(4)；WB、WB0、WBA(5)、WL | 高 | 13.5 | 2.7 | µA/V |
| C5、H5、G5、H7P | 中低 | 3.75 | 0.75 | µA/V |
| C5、H5、G5、H7P | 中高 | 8.5 | 1.7 | µA/V |
| C5、H5、G5、H7P | 高 | 13.5 | 2.7 | µA/V |
(1) 颜色代码：
浅蓝为跨导可动态（运行时）修改的 LSE 振荡器；
黄色为跨导不可修改的 LSE 振荡器；
灰色为跨导可静态修改的 LSE 振荡器。
(2) 第一代 LSE 的 STM32F4 系列，即 STM32F401/405/407/415/417/427/429/437/439xx，跨导不可修改。
(3) 第二代 LSE 的 STM32F4 系列，即 STM32F410/411/412/413/423/446/469/479xx，跨导可静态修改。
(4) STM32U575/585 rev. X 器件不支持低驱动模式。
(5) STM32WBA 器件不支持低驱动模式。
4.2 怎么选一颗 STM32 能用的晶体
本节讲选晶体和外部器件的推荐流程，按下面几步走。
步骤 0：选基频模式的谐振器
选按基频设计的谐振器。第 3.9 节讲过，STM32 振荡器验证过的搭配是基频振动谐振器加图 5 的皮尔斯振荡电路。确认所选谐振器按基频工作设计。
步骤 1：核对谐振器与所选 STM32 是否兼容
在第 3.4 节的两套流程里挑一套，依据是数据手册给出的振荡器规格。
- 手册给了振荡器跨导参数：走第二套流程。增益裕度比大于 5（x5），才算与所选 STM32 型号兼容。
- 手册给的是 Gm_crit_max：振荡回路的 gmcrit 小于该 Gm_crit_max 即可。
步骤 2：确定负载电容 CL1、CL2 的容值
按第 3.3 节的公式算 CL1、CL2。算出来的是近似值。第二步做实验迭代微调，直到找到合适的容值。
实验阶段用标准晶体，也就是在被标称负载电容（CL）加载时 PPM 漂移已知的晶体。这类晶体可向厂家索取。选定后，算出它在标称负载电容加载下的振荡频率 Fstandard，公式：
Fstandard = Fnominal × (1 + PPMstandard / 10^6)
其中：
- Fstandard：标准晶体在标称负载电容加载下的振荡频率
- Fnominal：晶体数据手册给出的标称振荡频率
- PPMstandard：晶体厂家标定的标准晶体振荡频率漂移
算出 Fstandard 后，按下列顺序做。
1）第一次实验迭代，CL1、CL2 用计算得出的容值：
- 振荡频率等于 Fstandard：CL1、CL2 就是正确容值，跳过子步骤 2 和 3。
- 振荡频率低于 Fstandard：做子步骤 2，否则做子步骤 3。
2）本次迭代减小 CL1、CL2，重测振荡频率，与 Fstandard 比较：
- 频率低于 Fstandard：做子步骤 2，否则做子步骤 3。
- 频率几乎等于 Fstandard：采用后一组的 CL1、CL2 容值。
3）本次迭代增大 CL1、CL2，重测振荡频率，与 Fstandard 比较：
- 频率低于 Fstandard：做子步骤 2，否则做子步骤 3。
- 频率几乎等于 Fstandard：采用后一组的 CL1、CL2 容值。
步骤 3：检查振荡回路的安全因子
按第 3.8 节评估安全因子，保证振荡器在工作条件下可靠起振。
注：不少晶体厂家可代为核查器件与晶体的配对兼容性。配对判定合格，厂家可提供报告，含推荐的 CL1、CL2 容值和振荡器负阻实测值。这种情况下可跳过步骤 2 和 3。
步骤 4：计算驱动电平和外部电阻
算驱动电平 DL（见第 3.5 节），与 DLcrystal 比较：
- DL < DLcrystal：不需要外部电阻，晶体可以直接用。
- DL > DLcrystal：算出 RExt，使 DL < DLcrystal。然后把 RExt 计入重算增益裕度。
- 增益裕度大于 5，晶体可用。不满足，这颗晶体不行，换一颗，回到步骤 1 按新晶体重走流程。
步骤 5（可选）：计算 PPM 精度预算
按下面公式估算应用的 PPM 精度预算：
PPMBudget = PPMcrystal + Deviation(CL) × Pullabilitycrystal
其中：
- PPMBudget：振荡频率的估算精度
- PPMcrystal：晶体数据手册给出的 PPM 精度
- Deviation(CL)：单位 pF，负载电容容值公差，加上 PCB 工艺偏差引起杂散电容（CS）变化，两者造成的负载电容（CL）偏移量
- Pullability：单位 PPM/pF（见第 3.7 节）
注：上述 PPM 预算未计入温度变化，实际预算会更大。