Что такое тактовый генератор?

Что такое генератор тактовых импульсов?

Генератор тактовых импульсов — это схема, которая генерирует тактовые импульсы нескольких частот из одного источника тактового сигнала. Обычно диапазон генерируемых частот составляет от нескольких кГц до нескольких ГГц.

Применение генераторов тактовых импульсов

Генератор тактовых импульсов в основном используется в следующих приложениях:

1. Процессоры

Генератор тактовых импульсов чаще всего используется в процессорах, которые образуют ядро ​​компьютеров, где расположено множество регистров и других элементов памяти, и к каждому из них подключен тактовый сигнал, генерируемый генератором тактовых импульсов.

В зависимости от приращения тактового сигнала выход каждого элемента хранения проходит через различные логические и арифметические схемы и поступает на вход следующего каскада элементов хранения. Такая структура схемы называется синхронной схемой, а генератор тактовых импульсов отвечает за запуск и синхронизацию работы синхронной схемы.

2. Цифровые устройства

Генератор тактовых импульсов используется не только в процессорах, но и в цифровых устройствах, таких как телевизоры, смартфоны и DVD, а также в обычных бытовых приборах и промышленном оборудовании, управляемом микроконтроллерами.

Часы отвечают за передачу времени каждому электронному устройству, и каждое устройство работает как единое целое, выполняя свои собственные операции в это время. Генераторы часов, которые могут точно генерировать сигналы в широком диапазоне частот, являются незаменимыми устройствами для работы разнообразного электронного оборудования.

В последние годы спрос на высококачественное видео и музыку возрос, и высококачественные, дорогие генераторы тактовых импульсов были коммерциализированы для удовлетворения таких потребностей. В частности, когда данные обмениваются между устройствами с разными частотами дискретизации, необходимо синхронизировать устройства с генератором тактовых импульсов, чтобы предотвратить шумовое загрязнение из-за пропущенных данных.

Принцип генераторов тактовых импульсов

Генератор тактовых импульсов в основном состоит из резонансного контура и усилительного контура.

В качестве резонансной схемы часто используется кварцевый генератор. Кварцевые генераторы также используются в кварцевых часах и используют пьезоэлектрический эффект, при котором кварцевый кристалл производит колебательный выход с собственной частотой при подаче напряжения. Собственная частота варьируется в зависимости от физических характеристик кристалла, таких как его форма и поперечное сечение кристалла, из которого он вырезан, но генератор с необходимой собственной частотой может быть получен с использованием синтетических кварцевых кристаллов высокой чистоты.

Поскольку эта колебательная форма волны представляет собой синусоидальную волну, генератор тактовых импульсов преобразует ее в прямоугольную волну, чтобы ее можно было использовать в цифровых схемах. В генераторе схема делителя частоты и схема умножителя генерируют тактовый сигнал с частотой M/N от исходной частоты (M и N — натуральные числа), который усиливается схемой усилителя для вывода.

Как выбрать тактовый генератор

Тактовые генераторы различаются не только по диапазону частот, который должен быть сгенерирован, но также по напряжению питания и времени нарастания/спада прямоугольной волны, и должны выбираться в соответствии с предполагаемым использованием.

Одной из таких точек является дрожание часов. Джиттер часов — это флуктуация каждой прямоугольной волны вдоль оси времени, и это показатель того, насколько хорошо часы продолжают передавать упорядоченную частоту, поэтому они должны иметь низкий джиттер.

Существует два типа джиттера: джиттер, наблюдаемый между нарастающими фронтами, и джиттер, наблюдаемый между спадающими фронтами и т. д. Тщательно изучая джиттер в соответствии с применением, можно добиться более качественной системы.

Другая информация о генераторах часов

Генераторы часов, использующие MEMS-генераторы, являются новой технологией. MEMS-генераторы используются для генераторов.

В отличие от кварцевых кристаллов, которые имеют свою собственную частоту, MEMS-генераторы можно запрограммировать на частоту на заключительном этапе производственного процесса, что имеет преимущество в виде снижения затрат и времени выполнения заказа. Кроме того, считается, что генераторы MEMS превосходят кварцевые генераторы по качеству и надежности, например, по способности подавлять изменения температурных характеристик за счет использования внутреннего датчика температуры по сравнению с кварцевыми кристаллами.