【经验】32位MCU LEUART位周期抖动大，该如何解决？

时间： 2019-09-06 来源：世强作者：风起云扬

技术问答

近日，一客户反馈，选用了SILICON LABS 32位EFM32系列MCU（典型型号EFM32ZG110），当基于32.768kHz时钟使用LEUART（@9600bps）进行通讯的时候，发现存约1%误码，原因是什么？该如何解决呢？

为了寻找原因，在软件上，我们先是检查了客户软件的配置，无明显异常；后是换为标准例程，问题依旧；之后在硬件上，检查了晶体，精度也是正常；最后，为了发现原因，上了示波器，直接测试波形，具体如图1所示。

图1：串口波形实测图

由图1我们可以明显地看到，波形中的位周期似乎有差异。为此，特意测试了一下周期，详细如下图2。

图2：实测周期

如上两图，显然，LEUART位周期是存在跳动的。最小为92us，最大可以到122us，跳动比较大。

这是什么原因导致的呢？经向原厂咨询，原因如下。

对于EFM32的TX，是基于32.768kHz的clock产生的。其使用了具有一个5bit分数的clock divider.

因为32.768k/9600=3.41333333333，其最接近的具有5位小数的是3.40625. 这个数乘以32之后是109，即0x6d=b01011101.

而这个并不是一个整数，而是一个在3和4之间的数，也就意味着所产生的bit的长度有的是3个LFXO clock，有的是四个LXFO clock. 也就是截图中看到的92和122uS，如果32.768kHz的LFXO足够准确，应该是91.575uS 和122.070uS。

而这个5位的小数，意味着32个bit连起来的话，其pattern会重复一遍。这个不太好解释，比如这里的小数部分为0.40625，乘以32就是13，也就是意味着在32个bit中，有19个是91.575nS，而另外13个为122.070uS. 这也是你看到的10个bit 中有6个92uS和4个122uS 的原因. 因为0.40625接近0.4，小于0.5，也就意味着你看到十分之4的122uS.

正如reference manual里面所说(在讨论发送jitter的那一节). 你可以通过32.768kHz的clock产生一个序列，同时产生一个理想的9600Hz的bit的边缘. 然后用32.728kHz产生的clock序列中的上升沿中最接接进9600 bit边缘的上升沿来生成efm32生成的tx信号.

也就是说，这里的efm32 tx每个bit的边缘he理想的边缘不会相差多于半个32.768 clock 的长度. 也就是大概15.258uS. 这对于一个9600的bit的长度104.166uS来说大概占到1/7.

所以这个jitter和由于clock source 频率不准带来的jitter并不一样. clock frequency 不准会使得误差积累，比如2% clock 频率误差会使得第10个bit偏移20%的bit时间.

一般情况下对于接收端会采取不同的采样策略，比如USART在UART模式可以在每个bit不同时刻采样几个，然后看采样到的0个数多还是1个数多. 这里不知道和efm32通讯的另一端采用的那种策略. 比如如果采用在bit的中间位置采样，都不会出现什么问题.

由此可见，这个位周期的跳动，主要是因在32.768kHz低频下、波特率产生机制的导致的。

那么如何降低为周期跳动呢？有如下四个方案：

方案一：晶体不变，将波特率设为32.768k/3，获得整数分频；

方案二：波特率不变，将晶体调整为9600*3；

方案三：让功耗迁就波特率，在LEUART工作时、则MCU工作在EM1模式下，让LEUART基于HFXO工作。

方案四：

1、假如工作在发送状态下，我们可以直接在EM1模式下发送；

2、假如工作在接收状态下，可按如下方式配置：

1）进入EM2前，将LEUART-RX脚，配置为INT0输入脚、即外部中断输入脚，并屏蔽LEUART功能；

2）如此，当LEUART外部有串口数据进入时，则会唤醒EFM32ZG，此时将时钟快速切换到HFXO，并重新配置起LEUART功能；在HFXO下，9600bps将是非常准确的。

如此，即能在EM2模式等待串口数据，既能实现低功耗特性，又能使数据不会出现错误，还满足LEUART功能。

综上所述，因32.768kHz时钟低，且对于9600bps来说，无法实现整数分频所以导致了位周期抖动。但本文所提供的四个方案，可完全解决该问题，用户可以根据需要来选择合适的方案。

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全部评论（5）

Locus Lv4 资深工程师 2018-12-10

最近也遇到Silicon Labs EFM32 32位MCU LEUART位周期抖动大这个问题了，咨询下有9600*3的晶振么？
- felix_世强回复：暂无这个频点的晶体，不过，可以给你推荐另外的方法来解决这个问题：https://www.sekorm.com/news/64193004.html 《【经验】如何基于EFM32内部集成的HFRCO实现精确的串口通信？节省成本及减少IO口占用》
  查看全部2条回复
Locus Lv4. 资深工程师 2018-12-07

最近也遇到这个问题了，咨询下有9600*3的晶振么？
- 世小强回复：小强帮你问问哈
Lavague Lv3. 高级工程师 2017-12-23

这样啊
海绵宝宝 Lv7. 资深专家 2017-12-01

方案很全面
用户_2901 Lv4. 资深工程师 2017-10-17

不错