关于STM32WL LSE 添加反馈电阻后无法起振的问题分析

1. 问题描述

客户调试STM32WLE5JB 样机的时候遇到这样一个问题：在调试LPUART，不打开外部时钟的时候，能够正常打印，若开启外部的HSE 和LSE 后就没有打印。

2. 问题确认

发现上述问题时，客户使用STM32CubeMX 生成的工程，所以首先建议客户检查LPUART 的时钟配置有没问题，并且让客户尝试使用STM32Cube_FW_WL_V1.2.0ProjectsNUCLEOWL55JCExamplesUARTLPUART_WakeUpFromStop 例程对比验证。后来客户发现是开启外部时钟HSE 和LSE 后，程序直接卡死在HAL_RCC_OscConfig ,测量不到HSE 的32MHZ 信号。而客户的程序移植到ST 官方的STM32WL NUCLEO 板上可以正常运行。通过前面的验证很容易怀疑是不是客户样机外部HSE 32MHZ 的晶振没有起振。拿到客户的样机后，尝试更换32MHZ 晶振，调整晶振负载电容和使用TCXO，发现都没办法测量到32MHZ 信号，客户程序依旧卡死在HAL_RCC_OscConfig.

3. 问题分析

由于前面都是用客户的电脑和程序调试，客户的电脑上的Keil 版本不能单步调试。针对客户的问题，基于STM32WL AT slave 例程，运行在客户样机上发现现象一致，也是卡死在HAL_RCC_OscConfig 。但使用单步调试进入HAL_RCC_OscCongig 里面发现，卡死具体的原因不是HSE，而是LSE 初始化出了问题，一直在等待LES ready 的信号。具体代码如下：

针对上面的分析，把RTC时钟源更改为HSE_RTC，如下图一，图二, AT slave例程可以正常运行，32MHZ晶振可以起振，使用AT指令可以测量出RF有正常发射出信号。

图一

图二

同时，对于客户需要使用LPUART，可以按照图三的时钟配置验证：

图三

客户用他们手上样机同步验证，发现结果一致。确实不使用LSE后，样机可以正常工作，32MHZ晶振也可以正常起振。下一步就要分析导致LSE无法正常工作的原因。客户有按建议尝试更换32.768KHZ的晶振以及负载。并且调整LSEDRIVE为high 即__HAL_RCC_LSEDRIVE_CONFIG(RCC_LSEDRIVE_HIGH)，发现依然无法正常使用LSE。

4.问题解决

针对LSE无法起振问题，尝试了上面针对硬件和软件多种方法后依然没有解决。后来仔细检查客户原理图发现，客户在32.768KHZ晶振上添加了1M的反馈电阻，如图四R34

图四

而在STM32WL 规格书 DS13105 Multiprotocol LPWAN 32-bit Arm Cortex-M4 MCUs, LoRa, (G)FSK, (G)MSK, BPSK, up to 256KB Flash, 64KB SRAM (version 8)中明确表示禁止在32.768KHz 晶振的OSC32_IN 和OSC32_OUT引脚中间添加反馈电阻。如下图五：

图五

后面按规格书要求，去掉客户样机上的R34 1M电阻，32.768KHz 晶振就可以正常起振，程序不会再卡死在LSE初始化。问题得到解决。

另外，根据AN2867 关于STM32MCU晶振的参考设计要求，从客户晶振规格书查到下面参数：

ESR=90K 欧姆

CL = 12.5pF

C0 = 1.3pF

计算得到跨导：gmcrit=2.9032uA/V

可以看到跨导大于STM32WLE5JBI6规格书中LSE最大驱动能力2.7uA/V，如图六示：显然增益裕量不符合起振条件即Gainmargin>5

图六

所以最后也建议客户后续更换符合STM32WL规格书要求的32.768KHZ 晶振。具体晶振选型可以参考AN2867。

5.小结

本篇笔记分析了客户使用外部时钟调试STM32WL LPUART无法正常工作的问题。最后分析出问题是由LSE的32.768KHZ晶振没有正常起振引起。而32.768KHZ晶振无法正常起振则是因为客户在32.768KHZ晶振上添加了1M的反馈电阻。虽然在AN2867里有对STM32晶振使用反馈电阻的建议，但需要注意的是针对STM32WL这颗芯片，其规格书中有明确要求禁止在32.768KHz 晶振的OSC32_IN 和OSC32_OUT引脚中间添加反馈电阻。后面将客户样机上的1M的反馈电阻去掉后，样机的32.768KHz 晶振可以正常起振，程序运行正常。虽然最后客户样机使用晶振可以正常起振，但根据AN2867，客户晶振的增益裕量是不符合起振条件的。所以为了避免后续产品量产时出现低速晶振无法起振问题，建议客户参考AN2867选择合适的32.768KHz 晶振。