微控制器中的內(nèi)部RC振蕩器

一些微控制器單元通常帶有一個內(nèi)部 RC 振蕩器，運行時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序，例如串行端口、定時器和 USB 接口。即使對于這些應(yīng)用中的大多數(shù)，如果你對其進行微調(diào)，內(nèi)部振蕩器也可能滿足嚴格的時序要求。

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

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 面積和成品小工具的整體尺寸有著重要幫助。

2. 他們留下一兩個引腳可用于 I/O。 大多數(shù)具有低引腳數(shù)的 MCU 會為每個引腳分配多個功能，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，你將釋放時鐘輸入引腳，或者釋放晶體或陶瓷諧振器所在的兩個引腳。

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。這種高時鐘頻率幾乎總是由 CPU 獨占使用，并在 MCU 內(nèi)部對其外圍模塊(ADC、UART、SPI、USB、GPIO 等)進行預(yù)分頻。

在某些 PCB 中，芯片外部存在高頻可能是一個問題，因此將高頻保持在內(nèi)部通常是一個好做法。

內(nèi)部振蕩器的缺點

內(nèi)部振蕩器由集成電路內(nèi)部的電阻和電容組成。因為這些器件有一定的工藝水平差異，所以兩個相同的微控制器芯片的內(nèi)部振蕩器頻率會有差異。

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，你不僅要考慮不同芯片的工作頻率略有不同，而且還要擔心它們的頻率會隨溫度變化。

如果你的環(huán)境溫度不會發(fā)生顯著變化，那么一旦校準了內(nèi)部振蕩器，你就不必擔心它。但是，如果預(yù)計溫度會發(fā)生顯著變化并且你的系統(tǒng)對頻率變化非常敏感(如實時時鐘或高速通信系統(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。事實上，現(xiàn)代MCU用戶指南報告的內(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確性和穩(wěn)定性而非?？煽浚?RC 振蕩器對于許多要求不高的應(yīng)用來說還是相當不錯的，并且還會有一些額外的好處。

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