Что такое тактовый буфер?

Что такое буфер тактовой частоты?

Буфер тактовой частоты — это микросхема, используемая для минимизации разницы задержки между импульсами тактовой частоты, достигающими нескольких логических схем в системе печатной платы, и для согласования (синхронизации) времени.

При работе нескольких логических схем необходимо синхронизировать схемы. Для управления всей системой необходим сигнал, и периодический сигнал определенной частоты, используемый для этой цели, — это часы (как метроном в музыке).

Группа схем, работающих совместно с часами, называется синхронной схемой. Часы разветвляются в системе и распространяются на несколько логических схем. Однако, если эти часы не синхронизированы, вся система может работать не так, как требуется, из-за неисправности логических схем, и, таким образом, требуется буфер часов.

Применение буферов часов

Буферы часов используются в широком спектре приложений, включая персональные компьютеры, системы связи и промышленное оборудование.

Конкретные приложения следующие:

• Цифровые логические схемы (ЦП, ПЛИС и т. д.)
• Преобразователи данных (аналого-цифровое преобразование)
• Высокоскоростные интерфейсы (USB, Serial-ATA, PCI-Express и т. д.)
• Преобразование частоты для беспроводных систем

Например, ЦП (центральный процессор), который является ядром работы ПК, использует тактовые сигналы для синхронизации каждой схемы (блок управления, арифметическое устройство, регистры, интерфейс с запоминающими устройствами и интерфейс с устройствами ввода/вывода) для управления своей работой. Тактовый сигнал используется для синхронизации схем.

Для любого из этих приложений важно более точно синхронизировать обмен информацией и данными между несколькими схемами для стабильной работы.

Принцип работы буферов тактовой частоты

Буферы тактовой частоты классифицируются на «буфер без ФАПЧ» и «буфер с ФАПЧ» в зависимости от типа схемы.

Основное отличие заключается в использовании внутренней фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Характеристики каждого из них следующие:

• Буфер без ФАПЧ
  Входной сигнал распределяется без ФАПЧ, что приводит к меньшему джиттерному ухудшению (периодическому размытию).
• Буфер ФАПЧ
  Чрезвычайно малая задержка между входными и выходными сигналами.

Поскольку буферы тактовых импульсов могут выводить несколько тактовых сигналов, можно генерировать тактовые импульсы, которые могут использоваться несколькими схемами, работающими на одной частоте, путем предоставления источника тактового сигнала и буферов тактовых импульсов для каждой.

Это имеет преимущество в снижении стоимости компонентов и упрощении компоновки печатной платы. Другие особенности некоторых продуктов включают преобразование уровня и простоту настройки.

Как выбрать буферы тактовых импульсов

Выберите оптимальное устройство для проектируемой системы после проверки паспорта устройства на предмет требуемых характеристик входного сигнала, выходной тактовой частоты, количества сигналов, напряжения, джиттера, перекоса, задержки ввода-вывода, напряжения питания тактовых буферов, размеров корпуса, количества выводов, энергопотребления, стоимости и т. д.

В идеале часы, распределенные по каждой группе схем в системе, должны переключаться одновременно в 100% случаев, но в реальности это редко возможно. Однако важно выбрать устройство с превосходными характеристиками, чтобы предотвратить сбои в работе схемы.

Другая информация о буферах часов

Использование и роль буферов часов

Для генерации стабильных часов, которые можно использовать в системе, требуются источник тактового сигнала и тактовый продукт, который дополняет источник тактового сигнала и распределяет его соответствующим образом по нескольким схемам.

1. Источник тактового сигнала
Резонаторы и генераторы используются в качестве источников тактового сигнала. Резонатор — это маятник с определенной частотой.

Он не работает сам по себе и может быть разделен на керамические, кристаллические и SAW-категории. Генератор — это продукт, который состоит из схемы, которая запускает маятник для колебаний и поддерживает его колебания (колебательный контур), и резонатора в корпусе. Доступны кварцевые, SAW, кремниевые и MEMS-генераторы.

2. Часы
Тактовые буферы — это тактовые продукты, которые дополняют источник тактового сигнала. Выходной сигнал генератора подается на тактовые буферы. Роль тактовых буферов заключается в выводе нескольких тактовых сигналов той же частоты, что и входной сигнал.　

Другие тактовые устройства, которые дополняют осцилляторы, включают тактовые генераторы (которые могут генерировать несколько частот), очистители джиттера (которые улучшают характеристики джиттера) и ВЧ-синтезаторы (которые выводят высокие частоты), и разработчикам необходимо выбрать тот, который наилучшим образом соответствует требованиям их системы, включая технические характеристики и стоимость.