MCU应用与晶振选型

MCU应用与晶振选型

MCU应用广泛,应用场景丰富多彩,工作频率各不相同,电路配置参数比较复杂。其中,振荡器除了提供特定频率外,还必须满足其它需求,如串行或无线接口注重频率精度和稳定性。低功耗表现对手持或电池供电的设备十分必要,RTC尤其如此,因为即使在低功耗或待机模式下,RTC电路始终处于有效状态。当然,成本、封装形式和外形尺寸也非常重要。

在MCU常见应用中,以太网络控制器需要25 MHz的晶振频率,而大多数显示设备的实时时钟(RTC)则需要32.768 KHz晶振,射频(RF)系统的频率需要更准确,以实现端对端通讯并过滤掉不需要的信号和噪声。

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在以MCU为基础的数字系统中,往往同时存在内部高速与低速、外部高速与低速等多种不同的基础频率信号,以及倍频和分频信号,以执行指令、数据存取,和进行外部通讯接口。即使一个简单的嵌入式控制器,时钟频率也会高达数十MHz,系统中的其它组件可能各有自己不同的频率要求。

振荡器电路通常会整合到需要频率信号的装置内。例如,许多MCU和类似装置都有两个接脚,用户在上面连接一个无源晶振晶体谐振器)和一对合适的外接电容,就实现了振荡器电路。

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需要注意的是,振荡电路的总负载电容(CL)需要与无源晶振的指定CL相符。这是由外接电容、振荡器输入接脚和PCB的所有杂散电容的总和。要准确计算电路中的所有杂散电容Cs和寄生电容并不容易,因此您可以先进行预估(通常Cs在4至6pF左右),然后测量输出频率,以查看是否需要调整电容器的值。如果总CL大于指定CL,将会降低振荡频率。如果CL太低,则频率将更高。如果CL的高低过于悬殊,则振荡器可能根本无法启动。

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一种更为简单方案是选择现成的晶体振荡器,即有源晶振。有源晶振整合了无源晶振(晶体谐振器),以及包括负载电容等在内的所有需要的组件,成为一套完整的最佳匹配状态的振荡电路。只需给有源晶振提供适合的电源供应,无线通信等设备的MCU就可以获取到准确且稳定的频率信号了。

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