【CVM01系列】| MCU硬件设计指南：时钟电路
曦华科技cvm01xx系列芯片集成多个时钟源：
(1) 内部晶体振荡电路，可外接4mhz~40mhz晶体或陶瓷谐振器
(2) 外部方波输入时钟：最高可达50mhz
(3) 内部48mhz高速rc振荡器(firc)
(4) 内部8mhz低速rc振荡器(sirc)
(5) 内部128khz低功耗振荡器(lpo)
(6) 内部锁相环（pll），提供高速的系统运行时钟
firc、sirc是内部时钟源的，不必从硬件设计角度考虑。外部振荡器的工作范围为4~ 40mhz，为pll及部分外设提供时钟源。
一、extal和xtal引脚
此类引脚为晶体提供接口，以控制内部时钟发生器电路，extal是晶体振荡器放大器的输入，xtal是晶体振荡器放大器的输出。pierce振荡器提供了一个强大、低噪音、低功耗的外部时钟源，可为典型的晶体振荡器提供最佳启动余量。cvm01xx系列支持4~40mhz的晶体或谐振器。
△表1 cvm01xx - extal和xtal引脚
△图1 参考振荡器电路
△表2 振荡器电路的组成部分
二、关于振荡器电路pcb布局的建议
晶体振荡器是一个模拟电路，必须根据模拟板布局规则仔细设计，具体如下：
(1) 建议将pcb板送至晶体制造商，以确定负向振荡余量及电容最佳值。数据表中包含对振荡回路电容的建议，这些值与预期pcb、引脚等杂散容量值一起，作为一个起点
(2) xtal/extal引脚、晶体和外部电容之间的信号走线须尽可能短，这些走线应只连接到所需振荡器元件，而不能连接到任何其他设备或元件。在mcu和外部振荡器之间的连接不应有超过一个接地的通孔，可最大限度减少寄生电容并降低对串扰和emi的敏感性
(3) 尽量使其他数字信号线，特别是时钟线、模拟和频繁跳变的信号线远离晶体连接线，来自数字信号的串扰可能会对振荡器信号的低幅值造成影响
(4) 应在晶体振荡器区域下方放置一个接地区域，该地平面须是连接到cvm01xx的vssx基准的干净地。切勿将接地保护环与电路板上的任何其他接地信号相连，同时要避免实现接地环路
(5) 主要的振荡回路电流在晶体和负载电容之间流动，此信号路径（晶振到晶振）应尽可能短，并应有一个对称布局，因此两个电容器的地线应尽可能靠近
如下图所示，为振荡器布局的推荐位置和pcb走线。
△图2 建议的晶体振荡器布局
当gmxosc>5 xgmcrit 时，晶体振荡器电路提供非常安全的稳定振荡。
gmcrit 定义为：gmcrit = 4 x (esrosc + rsext) x (2π x fosc)2 x (co_osc + cload)2
其中：
△表3 超导方程 - 参数
例如，在cvm01xx单片机中设计振荡回路，最大的放大器跨导值为gmoscx=27 ma/v，频率范围为4 ~ 40mhz，选择晶体at-16.000mage-x - 16mhz /txc晶体。
该设计具有以下特性：
△表4 皮尔斯振荡器设计示例
gmcrit = 4 x (50 + 100) x (2π x [16 x 106])2 x ([10 x 10-12] + [10.5 x 10-12]2
gmcrit = 2.548 ma/v
5 x gmcrit = 12.742 ma/v
由于晶体振荡器的超导（27 ma/v）高于5 x gmcrit，因此对增益余量的估计足以启动振荡。预计振荡器将在数据手册中规定的典型延迟后达到稳定振荡。基于振荡器制造商的分析和特性，rsext以及cextal和cxtal的值可被调整或重新定义，以确保安全振荡余量。
频率计设备可用于检查和测量晶体振荡或任何其他信号特性，但一般不建议使用示波器和频谱分析仪，因为这此类设备通常不能区分主振荡和假振荡，同时，若示波器探针（尽管有些探针的阻抗很低）直接连接到振荡电路，它将停止并可能影响或削弱晶体振荡。
来源：深圳曦华科技
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(2) 外部方波输入时钟：最高可达50mhz
(3) 内部48mhz高速rc振荡器(firc)
(4) 内部8mhz低速rc振荡器(sirc)
(5) 内部128khz低功耗振荡器(lpo)
(6) 内部锁相环（pll），提供高速的系统运行时钟
firc、sirc是内部时钟源的，不必从硬件设计角度考虑。外部振荡器的工作范围为4~ 40mhz，为pll及部分外设提供时钟源。
一、extal和xtal引脚
此类引脚为晶体提供接口，以控制内部时钟发生器电路，extal是晶体振荡器放大器的输入，xtal是晶体振荡器放大器的输出。pierce振荡器提供了一个强大、低噪音、低功耗的外部时钟源，可为典型的晶体振荡器提供最佳启动余量。cvm01xx系列支持4~40mhz的晶体或谐振器。
△表1 cvm01xx - extal和xtal引脚
△图1 参考振荡器电路
△表2 振荡器电路的组成部分
二、关于振荡器电路pcb布局的建议
晶体振荡器是一个模拟电路，必须根据模拟板布局规则仔细设计，具体如下：
(1) 建议将pcb板送至晶体制造商，以确定负向振荡余量及电容最佳值。数据表中包含对振荡回路电容的建议，这些值与预期pcb、引脚等杂散容量值一起，作为一个起点
(2) xtal/extal引脚、晶体和外部电容之间的信号走线须尽可能短，这些走线应只连接到所需振荡器元件，而不能连接到任何其他设备或元件。在mcu和外部振荡器之间的连接不应有超过一个接地的通孔，可最大限度减少寄生电容并降低对串扰和emi的敏感性
(3) 尽量使其他数字信号线，特别是时钟线、模拟和频繁跳变的信号线远离晶体连接线，来自数字信号的串扰可能会对振荡器信号的低幅值造成影响
(4) 应在晶体振荡器区域下方放置一个接地区域，该地平面须是连接到cvm01xx的vssx基准的干净地。切勿将接地保护环与电路板上的任何其他接地信号相连，同时要避免实现接地环路
(5) 主要的振荡回路电流在晶体和负载电容之间流动，此信号路径（晶振到晶振）应尽可能短，并应有一个对称布局，因此两个电容器的地线应尽可能靠近
如下图所示，为振荡器布局的推荐位置和pcb走线。
△图2 建议的晶体振荡器布局
当gmxosc>5 xgmcrit 时，晶体振荡器电路提供非常安全的稳定振荡。
gmcrit 定义为：gmcrit = 4 x (esrosc + rsext) x (2π x fosc)2 x (co_osc + cload)2
其中：
△表3 超导方程 - 参数
例如，在cvm01xx单片机中设计振荡回路，最大的放大器跨导值为gmoscx=27 ma/v，频率范围为4 ~ 40mhz，选择晶体at-16.000mage-x - 16mhz /txc晶体。
该设计具有以下特性：
△表4 皮尔斯振荡器设计示例
gmcrit = 4 x (50 + 100) x (2π x [16 x 106])2 x ([10 x 10-12] + [10.5 x 10-12]2
gmcrit = 2.548 ma/v
5 x gmcrit = 12.742 ma/v
由于晶体振荡器的超导（27 ma/v）高于5 x gmcrit，因此对增益余量的估计足以启动振荡。预计振荡器将在数据手册中规定的典型延迟后达到稳定振荡。基于振荡器制造商的分析和特性，rsext以及cextal和cxtal的值可被调整或重新定义，以确保安全振荡余量。
频率计设备可用于检查和测量晶体振荡或任何其他信号特性，但一般不建议使用示波器和频谱分析仪，因为这此类设备通常不能区分主振荡和假振荡，同时，若示波器探针（尽管有些探针的阻抗很低）直接连接到振荡电路，它将停止并可能影响或削弱晶体振荡。
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