當(dāng)你在做IC方案開發(fā)時(shí)，給單片機(jī)選型，你應(yīng)該如何去選擇合適的振蕩器？內(nèi)部還是外部？石英還是陶瓷？晶體振蕩器還是硅振蕩器？如此眾多的時(shí)鐘選擇，哪一種適合你的設(shè)計(jì)？

一、單片機(jī)與振蕩選擇

每個(gè)單片機(jī)都需要一個(gè)時(shí)鐘源。CPU、內(nèi)存總線、外圍設(shè)備，時(shí)鐘信號(hào)在單片機(jī)內(nèi)部都要用到它。它們控制著處理器執(zhí)行指令的速度，串行通信信號(hào)的波特率，執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間等等。

所有這些時(shí)鐘動(dòng)作都返回到時(shí)鐘信號(hào)源，即振蕩器。因此，你需要確保振蕩器能夠支持單片機(jī)所期望的任何性能。但是，與此同時(shí)，某些振蕩器選擇比其他選擇更復(fù)雜或更昂貴，因此選擇振蕩器也應(yīng)反映出盡可能降低成本和復(fù)雜性的重要性。

有很多種方法可以為單片機(jī)生成時(shí)鐘信號(hào)。特定器件的數(shù)據(jù)手冊應(yīng)提供大量有關(guān)可以使用哪種類型的振蕩器以及如何以與器件硬件兼容的方式實(shí)現(xiàn)振蕩器的信息。本文將重點(diǎn)介紹各種時(shí)鐘源的優(yōu)缺點(diǎn)，以便你可以更好地在單片機(jī)數(shù)據(jù)手冊中討論的振蕩器選項(xiàng)中進(jìn)行選擇。

因此，讓我們從下面的分類開始，然后討論每個(gè)選項(xiàng)：

（1）內(nèi)部

1.通常一個(gè)電阻電容電路。
2.鎖相環(huán)進(jìn)行倍頻。

（2）外部

1.CMOS時(shí)鐘。
2.水晶。
3.陶瓷諧振器。
4.電阻電容。
5.僅電容器。
6.內(nèi)部振蕩器。

英銳恩單片機(jī)開發(fā)工程師表示，我們一直倡導(dǎo)“保持簡單”的原則；因此，如果合適，仍然建議使用內(nèi)部振蕩器。不需要任何外部組件：由于振蕩器是由設(shè)計(jì)單片機(jī)其余部分的人設(shè)計(jì)的，因此你可以放心地假設(shè)選擇了合適的頻率。同樣，重要的性能規(guī)格（例如，初始精度、占空比、溫度依賴性）在數(shù)據(jù)手冊中。

內(nèi)部振蕩器的主要缺點(diǎn)是缺乏精度和頻率穩(wěn)定性。基準(zhǔn)頻率取決于構(gòu)成振蕩器電路的無源元件的值，并且這些無源元件的值的公差不是特別嚴(yán)格。此外，電容和電阻會(huì)受到環(huán)境溫度的影響，因此內(nèi)部RC振蕩器會(huì)經(jīng)歷溫度“漂移”，即溫度變化會(huì)導(dǎo)致頻率變化。

英銳恩單片機(jī)開發(fā)工程師表示，許多應(yīng)用程序都可以容忍內(nèi)部振蕩器的缺點(diǎn)，尤其是在工廠已經(jīng)校準(zhǔn)了頻率的情況下。對(duì)于較舊的單片機(jī)，內(nèi)部振蕩器的公差可能高達(dá)±20％。但是，更新的設(shè)備可以為你提供±1.5％（或更高）的精度，對(duì)于RS-232通信甚至對(duì)于USB（甚至與時(shí)鐘恢復(fù)電路配合使用）都足夠準(zhǔn)確。

擴(kuò)展內(nèi)部振蕩器功能的另一種方法是手動(dòng)“修整”，如果你的單片機(jī)包括修整/校準(zhǔn)寄存器，則可以通過修改該寄存器中的值來調(diào)整頻率。對(duì)于低數(shù)量設(shè)計(jì)，這是一種非常實(shí)用的技術(shù)：只需使用示波器或頻率計(jì)數(shù)器測量時(shí)鐘頻率，然后相應(yīng)地調(diào)整振蕩器即可。

內(nèi)部振蕩器主題的一種變化是鎖相環(huán)（PLL）。通常，PLL不能幫助你避免使用外部組件，因?yàn)樗枰粋€(gè)通常來自晶體的參考時(shí)鐘。但是，例外情況是，當(dāng)你在PCB上某處有一個(gè)高質(zhì)量的時(shí)鐘，但又因?yàn)樗幌雽⑵溆糜趩纹瑱C(jī)時(shí)，可以使用PLL將這個(gè)時(shí)鐘倍增到一個(gè)可接受的頻率。

二、CMOS時(shí)鐘

另一個(gè)簡單的時(shí)鐘選擇是所謂的“CMOS時(shí)鐘”，它屬于“術(shù)語缺乏”類別。“CMOS時(shí)鐘”是一種模糊的方式，指代板上其他組件驅(qū)動(dòng)的任何時(shí)鐘信號(hào)。如果你的設(shè)計(jì)已經(jīng)包含一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，該時(shí)鐘信號(hào)具有1）可行的頻率和2）與單片機(jī)的CMOS時(shí)鐘輸入電路兼容的電氣特性，則CMOS時(shí)鐘是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。但是，通常情況并非如此，因此讓我們看一下生成CMOS時(shí)鐘的兩個(gè)選項(xiàng)。

首先是“晶體振蕩器”，石英晶體是石英晶體振蕩器電路的核心組件，可能看起來像這樣：

晶體振蕩器是一種應(yīng)用廣泛的電子元器件，由石英晶體和產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)所需的附加電路組成。因此，你可以獲得晶體的穩(wěn)定性和精度，而不必?fù)?dān)心負(fù)載電容以及為確保獨(dú)立晶體的穩(wěn)健運(yùn)行所需的仔細(xì)PCB布局。

第二種選擇是“硅振蕩器”。它指的是不基于石英晶體或陶瓷諧振器的振蕩器IC。這些電子元器件用途廣泛且易于使用，并且非常準(zhǔn)確。

三、石英和陶瓷

當(dāng)你需要非常高的精度和穩(wěn)定性而又不需增加基于晶體的振蕩器IC的成本時(shí)，請(qǐng)選擇獨(dú)立晶體方法。容差低于百萬分之20的零件（即0.002％）很容易獲得。上面顯示的振蕩器電路部分集成到支持獨(dú)立晶體配置的單片機(jī)中；你將需要提供正確的負(fù)載電容器。晶振的數(shù)據(jù)表中指定了總負(fù)載電容（C LTOTAL），負(fù)載電容器的選擇如下：

其中C P代表存在的寄生電容。這種計(jì)算實(shí)際上很簡單：為C P選擇一個(gè)合理的值（例如5 pF），從C LTOTAL中減去該值，然后乘以2。因此，如果數(shù)據(jù)表中的負(fù)載電容為18 pF，則：

陶瓷諧振器的精度不及晶體，常見公差為百萬分之1000至5000。如果你不考慮石英的精度，它們可以為你節(jié)省一點(diǎn)成本，但是在我看來，主要優(yōu)點(diǎn)是你可以得到帶有集成負(fù)載電容器的陶瓷諧振器。

希望你現(xiàn)在足夠了解，在下次需要為單片機(jī)選型時(shí)，挑選振蕩器便知道哪種更合適。簡而言之，英銳恩單片機(jī)開發(fā)工程師建議：盡可能使用內(nèi)部振蕩器。至于硅振蕩器，如果精度足夠并且成本可以接受，否則還是選擇石英晶體。

以上就是英銳恩單片機(jī)開發(fā)工程師分享的單片機(jī)選型時(shí)如何選擇合適的振蕩器。英銳恩專注單片機(jī)應(yīng)用方案設(shè)計(jì)與開發(fā)，提供8位單片機(jī)、16位單片機(jī)、32位單片機(jī)、運(yùn)放芯片和模擬開關(guān)。