MCU內(nèi)部振蕩器的優(yōu)缺點(diǎn)是什么?
低成本微控制器單元通常帶有一個(gè)內(nèi)部 RC 振蕩器供使用,而不是外部陶瓷或石英晶體振蕩器。但是,你需要微調(diào)此振蕩器。
很有可能,你想要一個(gè)內(nèi)置RC 振蕩器的 MCU 。所有主要制造商的眾多微控制器系列都包含此模塊,包括德州儀器、意法半導(dǎo)體和 Microchip 的微控制器系列。幾乎所有制造商都在線提供了隨附的應(yīng)用說明,介紹了如何校準(zhǔn)其 MCU 的內(nèi)部振蕩器。
使用內(nèi)部振蕩器有很多好處,你可能真的不需要外部晶體或振蕩器。但是,有些關(guān)鍵應(yīng)用需要非常精確的時(shí)序,例如串行端口、定時(shí)器和 USB 接口。即使對于這些應(yīng)用中的大多數(shù),如果你對其進(jìn)行微調(diào),內(nèi)部振蕩器也可能滿足嚴(yán)格的時(shí)序要求。
繼續(xù)閱讀以了解內(nèi)部振蕩器和簡單的校準(zhǔn)程序,以獲得時(shí)鐘信號的最佳性能。
NXP 的 9S08SH8 微控制器的 GPIO 應(yīng)用,沒有外部振蕩器
內(nèi)部振蕩器的好處
內(nèi)部振蕩器無處不在是有原因的。以下是它們的一些好處:
1.它們需要更少的外部組件。不再需要外部振蕩器電路或其反饋電路。這會對預(yù)算、PCB 面積和成品的整體尺寸產(chǎn)生積大影響。
2. 他們留下一兩個(gè)引腳可用于 I/O。 大多數(shù)具有低引腳數(shù)的 MCU 會為每個(gè)引腳分配多個(gè)功能,供用戶選擇其用途。因此,如果您選擇在 MCU 中使用內(nèi)部振蕩器,你將釋放時(shí)鐘輸入引腳,或者釋放晶體或陶瓷諧振器所在的兩個(gè)引腳。
ATmega328 MCU 的 DIP28 引腳,Arduino Uno 的核心。引腳 9 和 10 用于晶振,或者分別用于 GPIO 引腳 PB6 和 PB7
3.它們在IC內(nèi)部保持高頻。 盡管一些微控制器在低于 100kHz 的低頻下使用晶振,但使用 10MHz 或以上的外部振蕩器更為常見。這種高時(shí)鐘頻率幾乎總是由 CPU 獨(dú)占使用,并在 MCU 內(nèi)部對其外圍模塊(ADC、UART、SPI、USB、GPIO 等)進(jìn)行預(yù)分頻。
在某些 PCB 中,芯片外部存在高頻可能是一個(gè)問題,因此將高頻保持在內(nèi)部這樣就變得更完美了。
內(nèi)部振蕩器的缺點(diǎn)
內(nèi)部振蕩器由集成電路內(nèi)部的電阻和電容組成。在芯片內(nèi)生產(chǎn)這些無源器件有其局限性,尤其是在準(zhǔn)確性和可重復(fù)性方面。這意味著兩個(gè)相同的微控制器芯片可能會在其內(nèi)部振蕩器頻率上顯示出有意義的差異。
除了準(zhǔn)確的獲得芯片內(nèi)的電阻和電容的預(yù)期值(精度),以及獲得所有芯片的完全相同的值(可重復(fù)性)之外,還有溫度問題。事實(shí)證明,電容和電阻都會隨溫度發(fā)生輕微變化,這對于內(nèi)部振蕩器尤其重要。因此,不僅不必?fù)?dān)心不同芯片的工作頻率略有不同,而且還不用擔(dān)心它們的頻率會隨溫度變化。
如果你不希望環(huán)境溫度發(fā)生顯著變化,那么一旦校準(zhǔn)了內(nèi)部振蕩器,你就不必?fù)?dān)心它。但是,如果你預(yù)計(jì)溫度變化很大并且你的系統(tǒng)對頻率變化非常敏感(如實(shí)時(shí)時(shí)鐘或高速通信系統(tǒng)),那么外部振蕩器是更好的選擇。
如果 RC 振蕩器如此糟糕,為什么制造商不在 MCU 中嵌入晶體或陶瓷振蕩器?
IC 制造工藝在可以小型化的材料列表中非常有限,正如可能猜到的那樣,石英和陶瓷不在該列表中。因此,盡管可以設(shè)想 一種混合方法,但它并不實(shí)用。
RC 振蕩器并沒有那么糟糕。事實(shí)上,現(xiàn)代 MCU 的用戶指南報(bào)告的內(nèi)部振蕩器頻率精度通常低于 ±10%,可以微調(diào)至 ±0.5% 以下。
結(jié)論
盡管晶體和陶瓷振蕩器因其準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性而非??煽?,但 RC 振蕩器對于許多適度的應(yīng)用來說還是相當(dāng)不錯的,并提供了重要的好處。
另一方面,RC 振蕩器并不完美,因此必須始終評估你的應(yīng)用程序,以便能夠判斷何時(shí)使用內(nèi)部振蕩器,以及何時(shí)使用晶體或陶瓷振蕩器更好。
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