详解MCU为什么内部不集成晶振

晶振采用了石英晶体作为振荡元件，石英晶体具有稳定的机械特性和高频率稳定性，因此被广泛应用于各种电子设备中，包括单片机、计算机、通信设备等。

在单片机中，晶振通常被用于提供时钟信号，比如给一些外设：定时器、SPI、IIC、USART等等。

单片机需要时钟信号来驱动其内部的逻辑电路，确保它们以正确的时序运行。

所以，由于单片机有精准时钟信号的需求，晶振就是为了解决这个痛点。虽然晶振在单片机中应用很多，但它并不是单片机中的必需元件。单片机可以使用其他类型的时钟源，例如RC振荡器或者外部时钟信号，来替代晶振。但是，晶振的优点是频率稳定度高、精度高、温度漂移小等等。 而这些是RC振荡器做不到的，因此，晶振被广泛应用于单片机中。

MCU为什么不集成晶振

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MCU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MCU内部成本提高，售价提升，不利于产品竞争力。

原因2：封装进MCU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：MCU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。

MCU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，MCU并不会将晶振集成进入芯片内部。

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。

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、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。

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

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。

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。