微控制器時鐘 — 選擇RC振蕩器、晶振還是諧振槽路？
晶振、陶瓷諧振槽路、RC振蕩器以及硅振蕩器是適用于微控制器的四種時鐘源。針對具體應(yīng)用優(yōu)化時鐘源設(shè)計依賴于以下因素：成本、精度和環(huán)境參數(shù)。
微控制器的時鐘源可以分為兩類：基于機(jī)械諧振器件的時鐘源,如晶振、陶瓷諧振槽路;RC (電阻、電容)振蕩器。
分立振蕩器電路
基于晶振與陶瓷諧振槽路的振蕩器通常能提供非常高的初始精度和較低的溫度系數(shù)。RC振蕩器能夠快速啟動,成本也比較低,但通常在整個溫度和工作電源電壓范圍內(nèi)精度較差,會在標(biāo)稱輸出頻率的5%至50%范圍內(nèi)變化。
在使用時,陶瓷諧振槽路和相應(yīng)的負(fù)載電容必須根據(jù)特定的邏輯系列進(jìn)行優(yōu)化。具有高Q值的晶振對放大器的選擇并不敏感,但在過驅(qū)動時很容易產(chǎn)生頻率漂移(甚至可能損壞)。影響振蕩器工作的環(huán)境因素有：電磁干擾(EMI)、機(jī)械震動與沖擊、濕度和溫度。這些因素會增大輸出頻率的變化,增加不穩(wěn)定性,并且在有些情況下,還會造成振蕩器停振。
上述大部分問題都可以通過使用振蕩器模塊避免。這些模塊自帶振蕩器、提供低阻方波輸出,并且能夠在一定條件下保證運(yùn)行。最常用的兩種類型是晶振模塊和集成RC振蕩器(硅振蕩器)。晶振模塊提供與分立晶振相同的精度。硅振蕩器的精度要比分立RC振蕩器高,多數(shù)情況下能夠提供與陶瓷諧振槽路相當(dāng)?shù)木取?
選擇振蕩器時還需要考慮功耗。
分立振蕩器的功耗主要由反饋放大器的電源電流以及電路內(nèi)部的電容值所決定。CMOS放大器功耗與工作頻率成正比,可以表示為功率耗散電容值。比如,HC04反相器門電路的功率耗散電容值是90pF。在4MHz、5V電源下工作時,相當(dāng)于1.8mA的電源電流。再加上20pF的晶振負(fù)載電容,整個電源電流為2.2mA。
陶瓷諧振槽路一般具有較大的負(fù)載電容,相應(yīng)地也需要更多的電流。相比之下,晶振模塊一般需要電源電流為10mA ~60mA。硅振蕩器的電源電流取決于其類型與功能,范圍可以從低頻(固定)器件的幾個微安到可編程器件的幾個毫安。一種低功率的硅振蕩器,如MAX7375,工作在4MHz時只需不到2mA的電流。
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