S2-LP 外部晶体选型与频偏调试指南

在 S2-LP 亚 1GHz 收发器的无线通信设计中，外部晶体 / TCXO 的选型直接影响射频性能、通讯稳定性与频偏控制。很多工程师在选型、频偏测试与校准环节容易遇到困惑，本文基于 ST 官方 LAT1302 应用笔记（Rev 1.0），从晶体选型、TCXO 适配、频偏测试与调试四个核心维度，提供精准可落地的技术指南，助力快速完成硬件设计与优化。

资料获取：【应用笔记】LAT1302 如何选择S2-lp的外部晶体

1. 核心选型逻辑：外部晶体的关键参数要求

S2-LP 对外部晶体的参数有明确约束，核心关注频率范围、容差、相位噪声等指标，选型需严格匹配以下要求：

1.1 核心参数对照表

参数	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位	关键说明
晶体频率	-	24	-	26	MHz	主流可选范围，另支持 48~52MHz 高频晶体
晶体频率	-	48	-	52	MHz	高频段适配场景，需结合射频设计调整
频率容差	含初始容差、负载影响、老化、温漂	-	±40	-	ppm	超差会导致频偏过大，影响通讯距离与稳定性
外部参考相位噪声	f_XO=26MHz，10kHz	-	-	-135	dBc/Hz	避免恶化合成器相位噪声，保障信号纯净度
外部参考相位噪声	f_XO=26MHz，100kHz	-	-	-140	dBc/Hz	同上，需满足全频段相位噪声要求
外部参考相位噪声	f_XO=26MHz，1MHz	-	-	-140	dBc/Hz	同上
外部参考相位噪声	f_XO=26MHz，10MHz	-	-	-140	dBc/Hz	同上
振荡器启动跨导	-	13	-	43	mS	影响晶体启动速度，需在规格范围内
启动时间	VBAT=1.8V，f_XO=26MHz	-	-	100	μs	快速启动保障通讯实时性

1.2 选型核心原则

优先选择 24~26MHz 频率范围的晶体，兼容性最佳，无需额外调整射频参数；
频率容差严格控制在 ±40ppm 内，窄带通讯场景需进一步收紧容差；
相位噪声需满足各频段阈值，避免信号干扰导致的通讯误码；
启动时间≤100μs，适配低功耗场景下的快速唤醒通讯需求。

2. TCXO 选型：窄带通讯场景的进阶方案

对于窄带通讯等对频偏要求极高的场景，需选用 TCXO（温补晶体振荡器），除满足晶体核心参数外，还需关注以下额外要求：

2.1 TCXO 专属电气指标

直流耦合：输入需满足最小 0.2V DC 电平；
交流幅度：最小 400mVpp 的交流信号幅度；
输入电平限制：瞬时输入电平不得超出 0~1.4V 范围，避免损坏芯片。

2.2 已验证推荐型号

为减少验证成本，ST 官方已验证通过以下 TCXO 型号，可直接选用：

NDK NT1612AB 50MHz
END5348A

3. 频偏测试：步骤与工具实操

频偏是影响无线通讯成功率的关键指标，需通过专业工具测试，以下以 STEVAL-FKI868V1 开发板为例，详解测试流程：

3.1 测试准备

硬件：STEVAL-FKI868V1 开发板、MINI USB 线、频谱仪、X-NUCLEO-S2868A1 扩展板；
软件：S2-LP_DK GUI v1.3.2、S2LP_CLI_NUCLEO_L1.bin 固件。

3.2 测试步骤

（1）非调制载波信号测试（基础频偏检测）

用 MINI USB 线连接开发板与 PC，下载固件至开发板；
打开 S2-LP_DK GUI 工具，选择对应串口，配置 RF 参数（中心频点 868MHz，功率 10dBm）；
点击 “CONFIGURE RADIO” 完成配置，再点击 “TX CW START” 生成非调制载波信号；
用频谱仪抓取信号，读取实际频率与理论频点（868MHz）的差值，即为频偏。

（2）调制信号测试（实际通讯场景验证）

同一测试平台，在 GUI 工具中重新配置 RF 参数（保持中心频点 868MHz，功率 10dBm，调制方式按实际场景设定）；
点击 “CONFIGURE RADIO” 后，点击 “TX PN9 START” 生成调制信号；
频谱仪抓取调制波形，验证频偏是否在应用允许范围内。

3.3 测试结果判断

非调制载波信号：频谱仪显示频率应接近 868MHz，频偏需≤应用场景允许阈值（如窄带场景≤±10ppm）；
调制信号：波形无明显失真，频偏未超出通讯协议要求，视为合格。

4. 频偏调试：负载电容调节方法

若测试发现频偏超标，可通过调节晶体的负载电容（C19/C20，参考 STEVAL-FKI868V1 原理图）解决，核心原则如下：

4.1 调试核心逻辑

若实测频率＞868MHz（频偏偏正）：增大负载电容 C19/C20，降低振荡频率；
若实测频率＜868MHz（频偏偏负）：减小负载电容 C19/C20，升高振荡频率。

4.2 注意事项

负载电容调节需逐步微调，每次调整后重新测试频偏，避免过度调整；
允许频偏由实际应用场景决定（如宽带通讯可放宽，窄带通讯需严格控制）；
调节过程中需确保电容选型符合射频电路要求，避免引入额外噪声。

5. 选型与调试关键要点

选型优先级：普通场景选 24~26MHz 晶体（容差 ±40ppm 内），窄带场景选验证通过的 TCXO（满足额外电气指标）；
频偏测试：需区分非调制 / 调制信号，用 S2-LP GUI 工具配合频谱仪，精准检测频偏值；
调试技巧：频偏超标仅需微调负载电容，遵循 “高频增容、低频减容” 原则，高效校准。

S2-LP 的外部晶体选型与频偏控制，核心是 “参数匹配 + 实操校准”，按本文指南可大幅减少选型试错成本，保障无线通讯的稳定性与可靠性。无论是工业无线传感器、智能家居通讯模块还是物联网终端，均可直接复用该方案快速落地。