MCU內(nèi)部振蕩器簡述

一些微控制器單元通常帶有一個(gè)內(nèi)部 RC 振蕩器，運(yùn)行時(shí)可以不用外部陶瓷或石英晶體振蕩器。但是，你需要微調(diào)此RC振蕩器。

一些微控制器單元通常帶有一個(gè)內(nèi)部 RC 振蕩器，運(yùn)行時(shí)可以不用外部陶瓷或石英晶體振蕩器。但是，你需要微調(diào)此RC振蕩器。

很有可能，你最喜歡的 MCU 就有一個(gè)內(nèi)部 RC 振蕩器。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。幾乎所有制造商都提供了應(yīng)用說明，并介紹了如何校準(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陶瓷振蕩器。除了有些關(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(duì)于這些應(yīng)用中的大多數(shù)，如果你對(duì)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。

NXP 的 9S08SH8 微控制器的 GPIO 應(yīng)用。注意沒有外部振蕩器。

內(nèi)部振蕩器的優(yōu)點(diǎn)

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(huì)對(duì)預(yù)算、PCB 面積和成品小工具的整體尺寸有著重要幫助。

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(huì)為每個(gè)引腳分配多個(gè)功能，供用戶選擇其用途。因此，如果你選擇在 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 用于晶體諧振器，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 的低頻下使用晶體或陶瓷諧振器，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(duì)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)部通常是一個(gè)好做法。

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。因?yàn)檫@些器件有一定的工藝水平差異，所以兩個(gè)相同的微控制器芯片的內(nèi)部振蕩器頻率會(huì)有差異。

想要了解多RC振蕩器信息，可以找一些關(guān)于施密特觸發(fā)器振蕩器工作原理的資料文章。

除了準(zhǔn)確地獲得芯片內(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(huì)隨溫度發(fā)生輕微變化，這對(duì)于內(nèi)部振蕩器尤其重要。因此，你不僅要考慮不同芯片的工作頻率略有不同，而且還要擔(dān)心它們的頻率會(huì)隨溫度變化。

如果你的環(huán)境溫度不會(huì)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，如果預(yù)計(jì)溫度會(huì)發(fā)生顯著變化并且你的系統(tǒng)對(duì)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非常有限，正如你可能猜想的那樣，石英和陶瓷不在其中。

RC振蕩器并沒有那么糟糕。事實(shí)上，現(xiàn)代MCU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)到±0.5%以下。你可以不耗費(fèi)心思去微調(diào)內(nèi)部振蕩器。

結(jié)論

盡管晶體和陶瓷振蕩器因其準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性而非常可靠，但 RC 振蕩器對(duì)于許多要求不高的應(yīng)用來說還是相當(dāng)不錯(cuò)的，并且還會(huì)有一些額外的好處。

另一方面，RC 振蕩器并不完美，因此你必須評(píng)估你的應(yīng)用，以便能夠判斷何時(shí)使用內(nèi)部振蕩器，何時(shí)使用晶體或陶瓷振蕩器更好。