为何石英晶体不内置于芯片？——探寻石英晶体外置的原因

时间： 2024-05-25 来源：浩都频率官网

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在现代电子设备中，石英晶体是一个常见的元件，用于产生稳定的时钟信号。然而，我们可能会好奇为什么石英晶体不直接内置于芯片内部，而是通过外部连接的方式使用。究竟是什么原因导致石英晶体外置成为了主流呢？

有一些电子设备需要频率高度稳定的交流信号，而LC振荡器稳定性较差，频率容易漂移（即产生的交流信号频率容易变化）。

在振电路中采用一个特殊的元件——石英晶体，可以产生高度稳定的信号。电子元器件的小型化趋势，有力促进了当下社会的发展进步，电子元器件越小，为主板节约的空间越大，因此，有人异想天开，如果能将石英晶体电路封装到芯片(如时钟芯片)内部将是多么完美，就如同有源振荡器就是在无源石英晶体的基础内置芯片，就无需外部的电容电阻等元器件了。

但实际出于各种原因，石英晶体并没有内置到芯片中,有以下一些原因：

（1）早些年，芯片的生产制作工艺也许还不能够将石英晶体做进芯片内部，但是现在可以了。这个问题主要还是实用性和成本决定的。（2）芯片和石英晶体的材料是不同的，芯片 (集成电路) 的材料是硅，而晶体则是石英 (二氧化硅)，没法做在一起，但是可以封装在一起，目前已经可以实现了，但是成本就比较高了。（3）石英晶体一旦封装进芯片内部，频率也固定死了，想再更换频率的话，基本也是不可能的了，而放在外面, 就可以自由的更换石英晶体来给芯片提供不同的频率。

有人说，芯片内部有 PLL，管它石英晶体频率是多少，用 PLL 倍频/分频不就可以了，那么这有回到成本的问题上来了，100M 的石英晶体集成到芯片里, 但我用不了那么高的频率，我只想用 10M 的频率，那我为何要去买你集成了 100M 石英晶体的芯片呢，又贵又浪费。

我们通常所说的 "片内时钟", 是不是实际上片内根本没有石英晶体, 是有RC 振荡电路。

由图可以看出系统时钟的供给可以有3种方式，HSI，HSE，PLL。如果选用内部时钟作为系统时钟，其倍频达不到72MHz，最多也就8Mhz/2*16 = 64MHz。

如果使用内部RC振荡器而不使用外部石英晶体，请按照如下方法处理：

1，对于100脚或144脚的产品，OSC_IN应接地，OSC_OUT应悬空。2，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。此方法可提高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'。此方法可以减小功耗并(相对上面i)节省2个外部电阻。

STM32时钟系统结构图：

时钟是STM32单片机的脉搏，是单片机的驱动源。使用任何一个外设都必须打开相应的时钟。这样的好处就是，如果不使用一个外设的时候，就把它的时钟关掉，从而可以降低系统的功耗，达到节能，实现低功耗的效果。

STM32单片机的时钟可以由以下3个时钟源提供：

1、HSI：高速内部时钟信号STM32单片机内带的时钟 (8M频率), 精度较差。2、HSE：高速外部时钟信号，精度高。3、LSE：低速外部晶体32.768kHz主要提供一个精确的时钟源一般作为RTC时钟使用。

尽管石英晶体外置在一定程度上增加了电路设计的复杂性和成本，但它依然是一种被广泛采用的方案。通过外置石英晶体，我们可以获得更高的时钟精度和稳定性，同时还能降低电磁干扰和相互干扰的风险。虽然内置石英晶体技术也在不断发展，但目前仍然无法完全替代外置石英晶体的优势。随着科技的进步，或许将来我们会看到更多创新的解决方案出现，但目前来说，石英晶体外置仍然是一种可靠且有效的选择。

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