晶振不封裝進(jìn)芯片內(nèi)部的原因分析

在電子設(shè)備中，一些應(yīng)用需要高度穩(wěn)定的交流信號(hào)，對(duì)頻率的精確控制十分關(guān)鍵。傳統(tǒng)上，LC振蕩器被廣泛用于生成這樣的信號(hào)。然而，LC振蕩器的穩(wěn)定性較差，容易受到環(huán)境溫度、電源變化等因素的影響，導(dǎo)致頻率漂移。為了解決這一問(wèn)題，發(fā)展出了一種基于石英晶體的振蕩器，即晶體振蕩器，可以產(chǎn)生高度穩(wěn)定的信號(hào)。但奇怪的是，盡管現(xiàn)代芯片制造技術(shù)已經(jīng)非常先進(jìn)，但我們很少見(jiàn)到晶振被內(nèi)置到芯片中的情況。那么，為什么晶振沒(méi)有內(nèi)置到芯片中呢?

實(shí)用性和成本

首先，在過(guò)去的幾十年里，芯片制作工藝可能還無(wú)法將晶振直接集成到芯片的內(nèi)部。然而，隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代的芯片制造工藝已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)晶振的內(nèi)置。那么，為什么不這樣做呢?

一方面，有些應(yīng)用并不需要非常高度穩(wěn)定的信號(hào)頻率，對(duì)于這些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，內(nèi)置晶振會(huì)增加成本，而且沒(méi)有太多的實(shí)際效益。另一方面，即使應(yīng)用需要高度穩(wěn)定的信號(hào)頻率，外部的晶振也可以通過(guò)封裝在芯片旁邊或者與芯片相連的方式來(lái)提供。

材料限制和成本考慮

芯片的主要材料是硅，而晶體振蕩器使用的是石英晶體。這兩種材料無(wú)法直接結(jié)合在一起，但可以通過(guò)封裝在一起的方式解決。然而，這樣做會(huì)增加成本和復(fù)雜性，因?yàn)榉庋b過(guò)程需要額外的工序和材料。

此外，石英晶體的制造成本相對(duì)較高，如果將晶振直接內(nèi)置到每個(gè)芯片中，無(wú)論應(yīng)用需要多大的精確性和穩(wěn)定性，都會(huì)增加芯片的成本。相比之下，將晶振作為一個(gè)獨(dú)立的元件，可以根據(jù)具體需求選擇合適的晶振，更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

頻率靈活性和電路設(shè)計(jì)

將晶振內(nèi)置到芯片中會(huì)限制其頻率。一旦內(nèi)置，頻率就固定不變，無(wú)法更換晶振以提供不同的頻率。然而，將晶振放在芯片外部，可以根據(jù)需要自由選擇不同頻率的晶振。這對(duì)于一些應(yīng)用來(lái)說(shuō)非常重要，比如需要在不同頻率下運(yùn)行的系統(tǒng)或者需要頻率可調(diào)的系統(tǒng)。

此外，將晶振作為獨(dú)立的元件，可以簡(jiǎn)化芯片的電路設(shè)計(jì)和布局。在芯片設(shè)計(jì)中，需要考慮到與晶振相關(guān)的布線和引腳，以確保信號(hào)的傳輸質(zhì)量和穩(wěn)定性。而將晶振作為一個(gè)獨(dú)立的元件，可以讓芯片的設(shè)計(jì)更加靈活，布局更加緊湊。

盡管技術(shù)已經(jīng)允許晶振內(nèi)置到芯片中，但實(shí)際上，由于實(shí)用性、成本、材料限制以及頻率靈活性等因素的權(quán)衡，晶振仍然很少內(nèi)置到芯片中。與其內(nèi)置晶振，現(xiàn)代芯片更傾向于提供豐富的時(shí)鐘和頻率控制選項(xiàng)，以滿足不同應(yīng)用的需求。通過(guò)外部晶振的使用，我們可以根據(jù)需要選擇合適的頻率，并保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈活性。因此，晶振沒(méi)有內(nèi)置到芯片中并不意味著技術(shù)的不足，而是一種基于實(shí)際需求和成本效益的選擇。

原因1、早些年，芯片的生產(chǎn)制作工藝也許還不能夠?qū)⒕д褡鲞M(jìn)芯片內(nèi)部，但是現(xiàn)在可以了。這個(gè)問(wèn)題主要還是實(shí)用性和成本決定的。

原因2、芯片和晶振的材料是不同的，芯片 (集成電路) 的材料是硅，而晶體則是石英 (二氧化硅)，沒(méi)法做在一起，但是可以封裝在一起，目前已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)了，但是成本就比較高了。

原因3、晶振一旦封裝進(jìn)芯片內(nèi)部, 頻率也固定死了，想再更換頻率的話，基本也是不可能的了，而放在外面, 就可以自由的更換晶振來(lái)給芯片提供不同的頻率。有人說(shuō)，芯片內(nèi)部有 PLL，管它晶振頻率是多少，用 PLL 倍頻/分頻不就可以了，那么這有回到成本的問(wèn)題上來(lái)了，100M 的晶振集成到芯片里, 但我用不了那么高的頻率，我只想用 10M 的頻率, 那我為何要去買(mǎi)你集成了 100M 晶振的芯片呢, 又貴又浪費(fèi)。

我們通常所說(shuō)的 "片內(nèi)時(shí)鐘", 是不是實(shí)際上片內(nèi)根本沒(méi)有晶振, 是有RC 振蕩電路。

由圖可以看出系統(tǒng)時(shí)鐘的供給可以有3種方式，HSI，HSE，PLL。如果選用內(nèi)部時(shí)鐘作為系統(tǒng)時(shí)鐘，其倍頻達(dá)不到72Mhz，最多也就8Mhz/2*16 = 64Mhz。