RA2快速设计指南 [3] 时钟电路

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5. 时钟电路

RA2 MCU具有六个振荡源。其中有五个可以用作主系统时钟源。剩下的一个专用于独立看门狗定时器。在典型系统中，主时钟由外部晶体或时钟驱动。将此输入指向内部选择器和分频器，在此进一步指向主系统时钟（ICLK）、闪存时钟、CPU时钟和外设模块时钟。此外，时钟分配也包括ADC和USB的外设时钟。有关时钟生成电路框图的信息，请参见《硬件手册》中的“时钟生成电路”一章。

每个时钟都有特定的容差和时序值。有关频率和时钟时序规范的信息，请参见《硬件手册》中“电气特性”一章的“交流特性”部分。有关各种时钟频率之间关系的信息，请参见《硬件手册》中的“时钟生成电路”一章。

表5. RA2振荡源

注：1. 仅RA2A1产品支持SDADC时钟。

2. 仅RA2A1产品支持USB时钟。

3. RA2A1产品的闪存时钟（FCLK）是独立于MOSC存在的，也可以通过MOSC、SOSC、HOCO、MOCO或LOCO生成。

4. RA2E2产品不支持。

一些产品如RA2E2不支持选择外部振荡器或外部时钟。此种情况下，主时钟的振荡源仅限于片上振荡器。

5.1 复位条件

复位后，RA2 MCU开始以中速片上振荡器（MOCO）作为主时钟源运行。复位时，默认情况下主振荡器处于关闭状态。HOCO和IWDT可能处于打开或关闭状态，具体取决于选项设置存储器中的设置（请参见后文第4节）。

5.2 时钟频率要求

最小和最大频率如下表所示。有关详细信息，请参见《硬件手册》中“时钟生成电路”一章的“概述”部分，其中包括外部和内部时钟源规范。更多详细信息，请参见《硬件手册》中“电气特性”一章的“交流特性”部分。

表6. RA2 MCU内部时钟的频率范围

注1. 仅限RA2A1产品。对ROM或数据闪存进行编程或擦除操作时，FCLK的运行频率必须至少为1 MHz。

2. 仅限支持USB外设功能的产品。

3. 仅限支持CAN外设功能的产品。

4. RA2E1、RA2E2 和 RA2L1对 ROM 或数据闪存进行编程或擦除操作时，ICLK 的运行频率必须至少为1 MHz。

5.2.1 USB通信要求

全速USB 2.0模块（USBFS）需要48 MHz 的 USB 时钟信号（UCLK）。

对于支持USBFS模块的RA2产品，HOCO为UCLK的时钟源。因此当使用USBFS模块时，HOCO必须配置为48 MHz。

5.2.2 ROM或数据闪存的编程和擦除要求

RA2A1产品的FCLK必须至少为1 MHz才能在内部ROM和数据闪存上执行编程和擦除。

其他RA2产品的ICLK必须至少为1 MHz才能在内部ROM和数据闪存上执行编程和擦除。

5.3 降低时钟生成电路（CGC）的功耗

为了帮助节省功耗，请尽可能将所有未使用的时钟的分频器设置为最大可能值。另外，如果不使用时钟，请通过设置适当的寄存器来确保时钟已停止。下表显示了用于控制每个时钟源的寄存器。

表7. 时钟源配置寄存器

注1：RA2E2产品不支持。

5.4 写入系统时钟控制寄存器

写入系统时钟分频控制寄存器（SCKDIVCR）和系统时钟源控制寄存器（SCKSCR）中的各个位域时，应格外小心。

当外围模块时钟的时钟源更改为其他时钟源时，在时钟源切换期间，外围模块时钟周期会变长。详见图8。因此，必须在指令处理中增加延迟，以确保时钟在切换时钟源时仍保持稳定。

为保证时钟频率改变后的处理准确无误，首先写入相关的时钟控制寄存器改变频率，再从寄存器中读取值，最后进行后续处理。

图8. 切换时钟源的时序

5.5 时钟设置示例

Renesas FSP为RA2A1 MCU提供了一个简单的可视化时钟配置工具，如下所示。此配置器可配置板级支持包中的代码，以根据用户的选择初始化时钟生成电路，并按照MCU硬件手册中的说明进行适当的配置。

图9. 使用 Renesas FSP配置器进行时钟设置

5.6 HOCO精度

RA2 MCU内部高速片上振荡器（HOCO）的运行频率为24 MHz、32 MHz、48 MHz，精度为+/-2%或更高。HOCO的精度规格适用于各种环境工作温度（Ta）范围。有关详细信息，请参见《硬件手册》中“电气特性”章节的内容。

HOCO可以用作时钟生成电路的输入。当以这种方式使用HOCO时，不需要外部振荡器。当因空间限制或其他限制而需要减少PCB设计中的元件数量时，这可能是一个优势。不过，此时会因时钟精确度问题而产生性能影响和限制，因此应针对您的应用进行评估。

RA2E2产品没有外部晶振和外部时钟输入，必须选择其内部时钟（HOCO、MOCO、LOCO）作为主系统时钟。

5.7 闪存接口时钟

RA2A1产品对内部闪存（ROM和DF）进行编程和擦除操作以及从数据闪存读取数据时，闪存接口时钟（FCLK）用作运行时钟。而其他RA2产品进行编程和擦除操作时，ICLK用作运行时钟。

因此，相关时钟的频率设置会直接影响从数据闪存读取数据所需的时间。如果用户的程序正在从数据闪存中读取数据，或者正在对内部闪存执行编程或擦除操作，则建议使用最大FCLK/ICLK频率。

当写入或擦除代码闪存（ROM）或数据闪存时，时钟必须以至少1 MHz的频率运行。请注意，时钟频率对从ROM读取数据或对RAM进行读写操作没有任何影响。

5.8 电路板设计

有关使用CGC的更多信息和电路板设计建议，请参见《硬件手册》中“时钟生成电路（CGC）”一章的“使用注意事项”部分。

通常，晶体谐振器及其负载电容应尽可能靠近MCU时钟引脚（XTAL/EXTAL、XCIN/XCOUT）放置。避免在晶体谐振器和MCU之间连接任何其他信号走线。尽量减少每条走线上使用的连接通孔数量。

5.9 外部晶体谐振器选择

大多数RA2产品的外部晶体谐振器可以用作主时钟源。外部晶体谐振器可跨MCU的EXTAL和XTAL引脚连接。外部晶体谐振器的频率必须处于主时钟振荡器的频率范围内。

晶体谐振器的选择在很大程度上取决于各个独特的电路板设计。由于适合与RA2 MCU产品配合使用的可用晶体谐振器的选择可能很多，因此请仔细评估所选晶体谐振器的电气特性，以确定具体的实现要求。

下图给出了典型的晶体谐振器连接示例。

图10. 晶体谐振器连接示例

选择晶体谐振器和相关电容时，必须仔细评估。如果晶体谐振器制造商有相关建议，可以添加外部反馈电阻（Rf）和阻尼电阻（Rd）。

图11. 晶体谐振器的等效电路

CL1和CL2的电容值选择会影响内部时钟的精确度。要了解CL1和CL2值的影响，应使用上图中晶体谐振器的等效电路来模拟该电路。为了获得更准确的结果，还应考虑与晶体谐振器元件之间的布线相关的杂散电容。

5.10 外部时钟输入

大多数RA2产品的数字时钟输入可以用作主时钟源。图12给出了连接外部时钟输入的示例。若使用外部时钟信号运行振荡器，请将MOMCR.MOSEL位设为1。XTAL引脚变为高阻抗。

图12. 晶体谐振器的等效电路

注：外部时钟频率的输入操作只能在主时钟振荡器停止时运行。请不要在主时钟振荡器停止位（MOSCCR.MOSTP位）为0时更改外部时钟频率的输入。

来源：RA2快速设计指南 [3] 时钟电路（上）、RA2快速设计指南 [4] 时钟电路（下）

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审核编辑 黄宇