晶振为什么不做进芯片内部?

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内容提要

晶体振荡器使用石英晶体产生稳定信号,但无法内置到芯片中。使用内部RC振荡器时,需按指定方法处理。STM32单片机的时钟源有HSI、HSE和LSE。

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延伸解读

晶振与芯片的材料差异

芯片通常由硅材料制成,而晶振的核心是石英晶体。两者材料不同,无法直接集成在同一芯片内。虽然可以通过封装技术将晶振与芯片封装在一起,但成本较高。因此,出于成本和工艺考虑,晶振通常外置。

频率灵活性与成本权衡

将晶振集成到芯片内部会导致频率固定,无法根据需求更换。外部晶振则允许自由更换频率,提供更大灵活性。此外,集成高频晶振会增加芯片成本,而用户可能只需要较低频率,造成浪费。因此,外置晶振更经济实用。

片内时钟的本质

所谓片内时钟,实际上多采用RC振荡电路,而非晶体振荡器。RC振荡器精度较差,但成本低、易于集成。例如STM32的HSI内部时钟频率为8MHz,精度有限,适合对时钟要求不高的场景。

STM32时钟源选择与处理

STM32提供HSI、HSE和LSE三种时钟源。HSI为内部8MHz时钟,精度较差;HSE为外部高速时钟,精度高;LSE为低速外部晶体,常用于RTC。若使用内部RC振荡器,需按引脚数量处理OSC_IN和OSC_OUT,以确保稳定性和低功耗。

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Q&A

为什么晶振不集成到芯片内部?

主要原因包括:1. 实用性和成本决定,早期工艺可能无法集成,但现在可以但成本高;2. 芯片材料是硅,晶振材料是石英,无法做在一起,但可封装在一起,成本较高;3. 晶振封装进芯片后频率固定,无法自由更换,而外部晶振可自由更换频率。

片内时钟是晶振吗?

不是,通常所说的“片内时钟”实际上是RC振荡电路,而不是晶振。

STM32单片机的时钟源有哪些?

STM32单片机的时钟源有三种:HSI(高速内部时钟,8MHz,精度较差)、HSE(高速外部时钟,精度高,来源为外部晶体/陶瓷谐振器或用户外部时钟)、LSE(低速外部晶体32.768kHz,主要作为RTC时钟使用)。

使用内部RC振荡器时,OSC引脚应如何处理?

对于100脚或144脚的产品,OSC_IN应接地,OSC_OUT应悬空。对于少于100脚的产品,有两种接法:1)OSC_IN和OSC_OUT分别通过10K电阻接地,可提高EMC性能;2)分别重映射OSC_IN和OSC_OUT至PD0和PD1,再配置PD0和PD1为推挽输出并输出’0’,可减小功耗并节省2个外部电阻。

为什么外部晶振可以自由更换频率?

因为晶振放在芯片外部,可以自由更换晶振来给芯片提供不同的频率,而如果集成到芯片内部,频率就固定死了,无法更换。

晶体振荡器相比LC振荡器有什么优势?

晶体振荡器采用石英晶体,能够产生高度稳定的信号,解决了传统LC振荡器容易产生频率漂移的问题,提供准确、稳定的频率输出。

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