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3種時鐘電路方案對比,你常用哪一種

454398 ? 2023-02-02 16:35 ? 次閱讀

工程師在開發一個電路系統,往往會需要用到中央處理器,比如單片機FPGA、或者 DSP 等等;當然一些簡單的純硬件電路項目方案例外,如充電器、熱水壺等等。

作為單片機研發設計的項目,它的最小電路工作系統包含電源電路、復位電路、時鐘頻率電路;其中電源電路與復位電路,相信工程師都非常容易理解與設計。然而時鐘頻率電路,由于不同的開發項目功能需求不一樣,設計的方案選擇也不盡相同,很難得到有效的統一設計。

比如:
A 項目對研發成本要求較嚴格,功能較簡單;

B 項目電路系統需要與外界電路系統完成串口通信,通信數據要求不能出錯;

C 項目包含一個時鐘萬年歷功能,時間要求不能間斷而且精度要求高。

針對單片機的時鐘頻率電路,工程師依據不同的項目要求去設計與選擇匹配的方案,具體的選擇方案包含三類。


01
外部晶振方案

所謂外部晶振方案,是指在單片機的時鐘引腳 X1 與 X2 外部連接一個晶振。

優點:時鐘頻率精度高,穩定性能好;對于一些數據處理能力要求較高的項目,尤其是多個電路系統彼此需要信息通訊,如包含 USB 通訊、CAN 通訊的項目,選用外部晶振的方案較多。

缺點:由于增加了外部晶振,所以研發的 BOM 表元器件成本增加擴大了。


02
內部晶振方案

所謂內部晶振方案,是指單片機利用內部集成的 RC 振蕩電路產生的時鐘頻率。

優點:省去外部晶振,工程師可以有效的節約研發 BOM 元器件成本。

缺點:RC 振蕩電路產生的時鐘頻率精度比較低,誤差較大,容易引起一些高頻率通信的數據交互錯誤。


03
時鐘芯片方案

所謂時鐘芯片方案,是指在單片機外部加入一個專門處理時鐘的時鐘芯片,用來給單片機提供精準的時鐘信號

單片機與時鐘芯片電路

優點:精度高,誤差小;適用于一些要求較高的電路項目。

缺點:電路設計復雜,工程師開發難度較高,研發 BOM 元器件成本高。

關于時鐘芯片的一些電路特性,以美信的 DS1338 型號為例說明:

DS1338 時鐘芯片

(1)供電
時鐘芯片的供電電源包含兩個部分:


VCC 供電,是指電路項目系統的電源,同時也是單片機的電源。


Vbat 供電,是指電池供電的電源,由于某種原因在 VCC 供電突然失去的條件下,時鐘芯片自動啟用 Vbat 電池電源,用以保持時鐘芯片內部的時鐘信號處理,不必因為電路系統電源 VCC 斷電而失去電路工作。

(2)功能
時鐘芯片內部集成時間的“秒”“分”“時”“日”“周”“月”和“年”詳細信息計時電路功能,通過 IIC 通信方式將時間的信息發送至單片機,單片機即可獲得高精度的時鐘信息。

(3)接口
時鐘芯片與單片機的接口是 IIC 通信接口,此接口方式為串口通信,工程師開發設計較為簡單,容易實現電路功能;

(4)精度
精度,是指時鐘芯片在正常工作條件下產生的時鐘誤差;例如美信的 DS1338 時鐘芯片精度控制在 10PPM,換算成一天 24 小時誤差精度在 0.8 秒左右。

(5)應用
時鐘芯片,一般用來處理精確計算時間的電路項目,如時間萬年歷。

結語

當然這三個方案都是針對一些工業與民用領域,如果涉及到航空航天應用領域,比如衛星導航與遙感測量等,則需要選擇更高精度的時鐘頻率電路,如原子鐘方案。

審核編輯黃宇

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