stm32使用超高精度的同步时钟的设计

        有些场合可能需要超高精度的同步时钟，比如0.5ppm甚至更低的时钟，并且保证多台设备很好的重复率，因此这篇文章主要讲述如何设计基于stm32的超高精度的时钟。

       首先时钟精度要0.5ppm甚至更低的话，显然要使用txco，也就是温补晶振，0.5ppm的温补晶振市面上比较常见，体积很小（2520），并且价格很便宜，两三元一片，因为这种类型的晶振广泛引用于手机，GPS等需要精密时钟的地方，因此种类多价格低，但是相反的振荡频率只有那么几种，这几种中我么能用的也就是19.2mhz和26mhz两种。考虑2的倍数的问题，19.2mhz的最佳。
       

本次设计使用19.2mhz的有源温补晶振最为stm32的时钟源，这里我选择型号KT2520F19200ACW28PAA ，-30到80度范围，0.5ppm的精度，2.8V的供电。

电路如图所示，经过验证，把有源晶振的信号输出通过一个电容直接耦合到stm32的oscin脚位即可使用。

stm32程序上主要有一下几点设计：

首先：启动函数：重新设计时间

static void SetSysClockTo72(void)
{
  __IO uint32_t StartUpCounter = 0, HSEStatus = 0;
  uint32_t t=100000;
  /* SYSCLK, HCLK, PCLK2 and PCLK1 configuration ---------------------------*/    
  /* Enable HSE */    
	while(t--);
  RCC->CR |= ((uint32_t)RCC_CR_HSEON);
 
  /* Wait till HSE is ready and if Time out is reached exit */
  do
  {
    HSEStatus = RCC->CR & RCC_CR_HSERDY;
    StartUpCounter++;  
  } while((HSEStatus == 0));


  if ((RCC->CR & RCC_CR_HSERDY) != RESET)
  {
    HSEStatus = (uint32_t)0x01;
  }
  else
  {
    HSEStatus = (uint32_t)0x00;
  }  


  if (HSEStatus == (uint32_t)0x01)
  {
    /* Enable Prefetch Buffer */
    FLASH->ACR |= FLASH_ACR_PRFTBE;


    /* Flash 2 wait state */
    FLASH->ACR &= (uint32_t)((uint32_t)~FLASH_ACR_LATENCY);
    FLASH->ACR |= (uint32_t)FLASH_ACR_LATENCY_2;    


 
    /* HCLK = SYSCLK */
    RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_HPRE_DIV1;
	  
	//hserfenp 


      
    /* PCLK2 = HCLK */
    RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE2_DIV1;
    
    /* PCLK1 = HCLK */
    RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE1_DIV2;


    /*  PLL configuration: PLLCLK = HSE * 9 = 72 MHz */
    RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLXTPRE |
                                        RCC_CFGR_PLLMULL));
    RCC->CFGR |= (uint32_t)(RCC_CFGR_PLLSRC_HSE | RCC_CFGR_PLLMULL5);				//5倍频，获得9.2Mhz*5=48MHz时钟
	RCC->CFGR |= (uint32_t)0x20000;			//时钟二分频		19.2MHZ分配得到	9.6Mhz
	
    /* Enable PLL */
    RCC->CR |= RCC_CR_PLLON;


    /* Wait till PLL is ready */
    while((RCC->CR & RCC_CR_PLLRDY) == 0)
    {
    }
    
    /* Select PLL as system clock source */
    RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_SW));
    RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_SW_PLL;    


    /* Wait till PLL is used as system clock source */
    while ((RCC->CFGR & (uint32_t)RCC_CFGR_SWS) != (uint32_t)0x08)
    {
    }
  }
  else
  { /* If HSE fails to start-up, the application will have wrong clock 
         configuration. User can add here some code to deal with this error */
  }
}

其中关键地方是将系统获得48MHz，因为我们要使用stm32的usb，usb的时钟必须是48MHz的，而usb时钟只支持1分配和1.5分频，因此系统时钟必须是72mhz和48mhz才工作。

校准

然后按照我们的需要来设定定时器，即可，此处的48mhz的时钟的精度也是非常高的，也是0.5ppm的精度。

然后再进行最后一部，校准，这里为什么校准呢，因为我们说的0.5ppm精度是频偏，也就是假设频率是19200000hz的话，在这个频率范围内因为温度导致的偏移不会超过0.5*10e-6，因为电压导致的偏移不会超过0.2*10e-6，因为负载导致的偏移不会超过0.1*10e-6 这些精度都非常高，但是他们都是频偏。晶振有一个原始频率，19.2MHz的一批晶振不一定每一个的频率都是19200000hz，可能有的是19200001hz，有的是19200002hz，因此我们需要来拟合这个固有偏差。

通过几分钟的累计测量可以得到这个固有偏差，然后计算出常数来弥合他即可。

最后经过校准后的精度，在同一温度下的偏差小于0.1ppm，非常精准，非常适合应用在各种超高精度的引用环境