01、MCU为什么不集成晶振

本文将用STM32代替MCU。

 

原因1:早些年,芯片的生产制作工艺也许还不能够将晶振做进芯片内部,但是现在可以了。这个问题主要还是实用性和成本决定的。

 

实用性:如果封装进入STM32内部,不利于不同客户更换不同频率晶振。

 

成本:把晶振封装进STM32内部成本提高,售价提升,不利于产品竞争力。

 

原因2:封装进STM32内部,必将使芯片面积增大。芯片面积大小也是厂商考虑的一个因素,在各方面考虑的情况下,芯片要尽可能的小一些。

 

原因3:STM32内部是有“晶振”的,与其说是晶振,不如说是RC振荡电路。

 

 

在时钟树中的位置。

 

 

STM32F207内部已经提供了32.768KHz的低速内部时钟,一般用于RTC。还有一个16MHz的高速内部时钟,这个时钟精度较差,但是一些应用场景,使用高速内部时钟驱动芯片是足够的。

 

所以基于实用性和成本考虑,STM32并不会将晶振集成进入芯片内部。

 

02、外围电路问题

看了上文,大家对于芯片外围电路不集成进入芯片内部的原因,大概了解了。除了上文提到的原因,还有一些其他原因导致外围电路不能集成进入IC内部。下面简单举几个常见的例子说明一下。

 

2.1、滤波电容

滤波电容的大小从几百nF~2000uF不等。由于一般电源为中高压(不是1.xV),所以如果在芯片内部实现,大致有MV_MOSCAP/MOM/ MIM3种。一般来说,2fF/um2是一个正常的值,也就是说,要实现100nF的电容,我得付出50mm2的面积代价。面积的增加,必将导致成本上升,是不划算的。大部分的应用是很在乎成本的,而不在乎PCB板子大一点,接几个下图的接插件的电容。

 

 

2.2、变压器

压器一般只在隔离层和电源领域使用,但目前的集成电路工艺如果要集成磁芯,难度极高。没必要集成,目前技术是不支持集成进入IC内部的,集成进入也会影响到其他部件的工作。

 

 

2.3、电感

电感的主要应用场景是电源里面的续流需求,经过它的电流动辄几安培,芯片内部要走安培级的电流得付出1mm粗的代价,且这个1mm还得精密的围成线圈,工艺实现有一定难度,并且成本上升太过恐怖。不要说MCU这样的主控芯片,大家数据的DCDC芯片,都需要将电感外置。以SY7152ABC型号DCDC芯片为例,电路图如下

 

 

2.4、TVS管

TVS管,又称瞬态二极管,主要是解决打ESD的时候芯片击穿的问题,TVS管电量不大,但胜在电压极高,随随便便就几kV了。就像电感一样,TVS管也是不会集成进入IC内部的。

 

 

2.5、磁珠

磁珠,可以理解成一个很小的电感。这类东西玩的少,我觉得凡是和磁性材料有关的,目前主流的硅基工艺都很难集成进去。