MCU单片机内置晶振与外置晶振的EMC差异

2024-8-29 09:09| 发布者: 曾工| 查看: 253| 评论: 0|原作者: 曾工|来自: 电磁兼容网

摘要: MCU芯片使用外置晶振(MCU外置一个无源16M晶振),ESD会将MCU打复位,使用MCU内部晶振时无问题。 外置晶振频率16M,芯片内部晶振96M,同步将外部晶振频率软件倍频到芯片内部频率一样,改为96M就OK,现象非常明显, 这 ...
MCU芯片使用外置晶振(MCU外置一个无源16M晶振),ESD会将MCU打复位,使用MCU内部晶振时无问题。 外置晶振频率16M,芯片内部晶振96M,同步将外部晶振频率软件倍频到芯片内部频率一样,改为96M就OK,现象非常明显, 这个原因有清楚的不,或者大概的原因可能性有哪儿些?

MCU单片机内置晶振与外置晶振在EMC(电磁兼容性)方面存在显著的差异。以下是对两者EMC差异的具体分析:

MCU(微控制单元)中的晶振是时钟源,用于提供系统时钟。在选择内置晶振和外置晶振时,EMC(电磁兼容性)是一个需要考虑的重要因素。以下是两者在EMC方面的差异:

1. 内置晶振
优点:
  • 更好的EMC性能:内置晶振通常集成在芯片内部,减少了外部布线。这种设计减少了电磁辐射,降低了对外部电磁环境的干扰。
  • 减少噪声耦合:由于晶振和相关电路都集成在芯片内部,外部噪声较难耦合进来,从而提高了抗干扰能力。
  • 简化PCB设计:内置晶振无需额外的外部元件和PCB布局设计,减少了走线和寄生效应对电路的影响。
  • 内置晶振直接嵌入到单片机芯片内部,与外部环境接触较少,减少了电磁辐射的泄露。
  • 晶振电路、时钟分频电路和时钟校准电路等关键部分均被封装在芯片内部,通过芯片内部的引脚和线路连接,有效降低了电磁辐射的风险。
  • 由于内置晶振与外部环境相对隔离,因此对外界电磁干扰的敏感度较低。
  • 芯片内部的电磁屏蔽设计也有助于提高抗干扰能力,确保时钟信号的稳定性和准确性。

缺点:
  • 频率稳定性和精度有限:内置晶振的频率可能不如高精度外置晶振稳定,可能会对对时钟精度要求较高的应用造成影响。

2. 外置晶振
优点:
  • 更高的频率精度:外置晶振可以选择更高精度和更高稳定性的晶振,适用于对时钟频率要求严格的应用场合。
  • 灵活性更强:外置晶振可以根据应用需求选择不同规格、不同频率的晶振。

缺点:
  • 较差的EMC性能:由于晶振和芯片之间需要走线,走线可能会成为电磁辐射源,增加EMC问题。此外,外部走线还可能引入噪声耦合,降低系统的抗干扰能力。
  • 增加PCB设计难度:需要考虑晶振及其周边电路的布线、电源滤波和地线设计,以减少EMC问题。
  • 外置晶振需要通过外部电路与单片机连接,这些电路包括晶振、稳压电路和相关滤波电路等。
  • 这些外部电路在工作时会产生一定的电磁辐射,如果设计不当或防护措施不足,可能会对其他电子设备造成干扰。
  • 外置晶振的电路与外界环境直接接触,容易受到外界电磁干扰的影响。
  • 例如,电源线、信号线等可能引入的电磁噪声会干扰晶振电路的正常工作,导致时钟信号的不稳定或失真。

3. 差异总结
  • 电磁辐射:内置晶振的电磁辐射较小,而外置晶振由于存在外部电路,电磁辐射相对较大。
  • 抗干扰能力:内置晶振由于与外部环境相对隔离,抗干扰能力较强;而外置晶振则更容易受到外界电磁干扰的影响。
  • 时钟性能:内置晶振精度低一点,外置晶振可以做到很高精度。
  • 总的来说,内置晶振在EMC性能上通常优于外置晶振,但外置晶振在频率稳定性和应用灵活性上具有优势。在设计时,需要根据具体应用的需求权衡选择。

4. EMC优化建议
  • 如果使用外置晶振,确保晶振和MCU之间的连线尽量短且直,并且周围进行适当的屏蔽和滤波。
  • 在PCB布局时,尽量将晶振放置在MCU附近,并注意信号线的走线,以减少环路面积,降低电磁干扰。
  • 对于高精度的应用,可以选择封装良好的外置晶振,并通过合理的设计和布局来控制EMC问题。
  • 在对EMC要求较高的应用场景中,如医疗设备、航空航天等领域,建议优先考虑使用内置晶振的MCU单片机,以降低电磁辐射和提高抗干扰能力。
  • 对于一般的应用场景,如消费电子、智能家居等,可以根据具体需求和成本考虑选择合适的晶振方式。如果对外置晶振的EMC性能有担忧,可以通过优化电路设计、增加滤波元件等措施来提高其EMC性能。

综上所述,MCU单片机内置晶振与外置晶振在EMC方面存在明显的差异。在实际应用中,应根据具体需求和场景选择合适的晶振方式,并采取相应的措施来提高系统的EMC性能。
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