Тактовый генератор может быть

ТАКТОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

Тактовые опорные генераторы используются в микропроцессорных устройствах управления, компьютерах, вычислительных системах. Как правило, в таких случаях не нужны очень высокие показатели стабильности частоты. Основные требования к тактовым опорным генераторам: рабочая частота — до нескольких сотен мегагерц; совместимость с компонентами использованной цифровой логики по уровням сигнала и нагрузочной способности; возможность поверхностного монтажа; форма выходного сигнала — близкая к двухуровневой, а иногда — к трехуровневой (для цифровой логики с тремя стабильными состояниями); экономичность по потребляемой мощности; малый уровень дрожания фазы; допустимый уровень паразитных электромагнитных излучений.

В первом приближении способность генератора сохранять стабильную частоту колебаний обратно пропорциональна квадрату эквивалентной добротности его колебательной системы. Для колебательных систем, отличающихся от стандартного одиночного LC-колебательного контура, можно считать, что эквивалентная добротность обратно пропорциональна крутизне зависимости фазового сдвига от частоты в окрестности частоты генерации. При невысоких требованиях к стабильности частоты в качестве тактовых могут использоваться релаксационные автогенераторы с RC-колебательной системой, эквивалентная добротность которых — порядка 10. Типовые значения кратковременной нестабильности частоты опорных тактовых генераторов составляют 1 . 50 млн -1 , выходные частоты — от 1 кГц до 350 МГц.

Двухуровневые выходные сигналы опорной частоты предназначены для цифровой логики типа ТТЛШ, ЭСЛ, HCMOS и др. Согласование формы и уровня выходного сигнала тактового генератора и использованных цифровых компонентов характеризуется допустимым отклонением его сигнала от пороговых уровней логических элементов, которые различаются по уровням и знаку, в зависимости от типа логики.

Стабильные уровни выходного напряжения тактового генератора должны быть в достаточной степени симметричными относительно середины между стандартными уровнями логики использованного типа. Количественно симметричность выходного сигнала тактового генератора оценивается (рис. 2.4) отношением времени превышения середины между зонами логических уровней к периоду колебаний, %:

Коэффициент симметричности кс для тактовых генераторов среднего качества принимает значение 35. 65%, высокого качества — 48. 52 %.

Оценка симметричности выходного сигнала тактового генератора относительно уровней цифровой логики

Рис. 2.4. Оценка симметричности выходного сигнала тактового генератора относительно уровней цифровой логики

Новые возможности улучшения характеристик электромагнитной совместимости вычислительных устройств и снижения их радиозаметности открываются благодаря введению в тактовых генераторах режима расширения спектра. Метод расширения спектра поясняется на рис. 2.5. Спектральная плотность мощности обычного тактового генератора сосредоточена вблизи средней частоты Jo и ее гармоник (линия 1 на рис. 2.5, а). В паразитных радиоизлучениях компьютера, микропроцессора, монитора или иного тактируемого устройства, выполненного на основе такого генератора, содержатся пиковые спектральные и временные компоненты, нарушающие нормы электромагнитной совместимости, а иногда позволяющие получить несанкционированный доступ к обрабатываемой информации через окружающее электромагнитное поле. В моделях тактовых генераторов с расширением спектра введены средства внутренней частотной модуляции по треугольному закону, показанному на рис. 2.5, б с девиацией частоты Д/и частотой повторения Fu. В результате спектр паразитных излучений расширяется (кривая 2 на рис. 2.5, а). Это позволяет распределить энер-

График расширения спектра колебаний тактового генератора (а) и закон встроенной частотной модуляции для этого (б)

Рис. 2.5. График расширения спектра колебаний тактового генератора (а) и закон встроенной частотной модуляции для этого (б):

I — исходный спектр; 2 — расширенный спектр; А — снижение уровня СПМ (до 16 ДБ) гию сигнала тактового генератора по полосе частот в пределах 0,5. 3 % вокруг частотыУо и тем самым снизить пиковые значения СПМ.

Тактовые генераторы бывают различного конструктивного оформления. Например, опорный тактовый генератор, предназначенный для поверхностного монтажа, может иметь размеры 1,6 х 1,6 х 0,9 мм. Ряд моделей тактовых генераторов в интегральном исполнении имеет очень высокую прочность по отношению к линейным ускорениям (до 5 000#) и вибрациям.

Частота генератора тактовых импульсов измеряется в

Генератор тактовых импульсов (генератор тактовой частоты) предназначен для синхронизации различных процессов в цифровых устройствах — ЭВМ, электронных часах, таймерах и других. Он вырабатывает электрические импульсы (обычно прямоугольной формы) заданной частоты, которая часто используется как эталонная — считая количество импульсов, можно, например, измерять временные интервалы.

В микропроцессорной технике один тактовый импульс, как правило, соответствует одной атомарной операции. Обработка одной инструкции может производиться за один или несколько тактов работы микропроцессора, в зависимости от архитектуры и типа инструкции. Частота тактовых импульсов определяет скорость вычислений.

Содержание

Типы генераторов [ править | править код ]

В зависимости от сложности устройства, используют разные виды генераторов.

Классический [ править | править код ]

В несложных конструкциях, не критичных к стабильности тактового генератора, часто используется последовательное включение нескольких инверторов через RC-цепь. Частота колебаний зависит от номиналов резистора и конденсатора. Основной недостаток данной конструкции — низкая стабильность, достоинство — предельная простота.

Кварцевый [ править | править код ]

Кварц + микросхема генерации [ править | править код ]

Микросхема генерации при подключении к её входам кварцевого резонатора будет выдавать на остальных выводах частоту, делённую или умноженную на исходную. Такой способ используется в часах, а также на старых материнских платах (где частоты шин были заранее известны, только внутренняя частота центрального процессора умножалась).

Для построения тактового генератора не требуется никакая специальная микросхема.

Программируемая микросхема генерации [ править | править код ]

В современных материнских платах необходимо большое количество разных частот, помимо опорной частоты системной шины, которые, по возможности, не должны быть зависимы друг от друга. Хотя базовая частота всё же формируется кварцевым резонатором, она необходима лишь для работы самой микросхемы. Выходные же частоты корректируются самой микросхемой. Например, частота периферийной шины AGP может быть всегда равна стандартной (66 МГц) и не зависеть от частоты системной шины процессора.

Если в электронной схеме необходимо разделить частоту на 2, используют Т-триггер в режиме счётчика импульсов. Соответственно, для увеличения делителя увеличивают количество счётчиков (триггеров).

Тактовый генератор [ править | править код ]

Тактовый генератор — автогенератор, формирующий рабочие такты процессора («частоту»). В некоторых микропроцессорах и микроконтроллерах выполняется встроенным.

Кроме тактирования процессора, в обязанности тактового генератора входит организация циклов системной шины. Поэтому его работа часто тесно связана с циклами обновления памяти, контроллером ПДП и дешифратором сигналов состояния процессора.

Тактовый генератор — автогенератор, формирующий рабочие такты процессора («частоту»). В некоторых процессорах (например, Z80) выполняется встроенным.

Кроме тактовки процессора в обязанности тактового генератора входит организация циклов системной шины. Поэтому его работа часто тесно связана с циклами обновления памяти, контроллером ПДП и дешифратором сигналов состояния процессора.

См. также

Для улучшения этой статьи желательно ? :

  • Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.
  • Проставив сноски, внести более точные указания на источники.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Генератор тактовых импульсов" в других словарях:

генератор тактовых импульсов — генератор синхроимпульсов — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы генератор синхроимпульсов EN clock … Справочник технического переводчика

генератор тактовых импульсов — takto impulsų generatorius statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. clock pulse generator; timing pulse generator vok. Taktimpulsgenerator, m rus. генератор тактовых импульсов, m pranc. générateur d impulsions de rythme, m … Automatikos terminų žodynas

генератор тактовых импульсов — taktų impulsų generatorius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Generatorius, kuriantis stabilaus periodo impulsus, kurie naudojami tam tikrų įtaisų ar grandinių veikai sinchronizuoti. atitikmenys: angl. cycle repeat timer; … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

генератор тактовых импульсов — taktų impulsų generatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. clock pulse generator; timing pulse generator vok. Impulszeitgeber, m; Taktimpulsgeber, m rus. генератор тактовых импульсов, m pranc. générateur d’impulsions de rythme, m;… … Fizikos terminų žodynas

Читайте также  Ацетилен генератор или баллон

задающий генератор (тактовых импульсов) — Ведущий опорный генератор, формирующий тактовые или синхронизирующие импульсы, используемые для управления другими генераторами, которые называются ведомыми. [Л.М. Невдяев. Телекоммуникационные технологии. Англо русский толковый словарь… … Справочник технического переводчика

опорный генератор тактовых импульсов — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999] Тематики электротехника, основные понятия EN reference clock … Справочник технического переводчика

Генератор сигналов — Генератор сигналов это устройство, позволяющее получать сигнал определённой природы (электрический, акустический или другой), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики и т. д.).… … Википедия

генератор синхроимпульсов, управляемый напряжением — генератор тактовых импульсов, управляемый напряжением — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы… … Справочник технического переводчика

Генератор колебаний электрический — Электронные генераторы большое множество устройств в радиотехнике и электронике (радиоэлектронике). Генератор представляет собой электронный усилитель охваченный цепью положительной обратной связи с фильтром. Содержание 1 Виды генераторов 2… … Википедия

Электронный генератор — Электронные генераторы большое множество устройств в радиотехнике и электронике (радиоэлектронике). Генератор представляет собой электронный усилитель охваченный цепью положительной обратной связи с фильтром. Содержание 1 Виды электронных… … Википедия

Тактовый генератор — автогенератор, формирующий рабочие такты процессора («частоту»). В некоторых процессорах (например, Z80) выполняется встроенным.

Кроме тактовки процессора в обязанности тактового генератора входит организация циклов системной шины. Поэтому его работа часто тесно связана с циклами обновления памяти, контроллером ПДП и дешифратором сигналов состояния процессора.

См. также

Для улучшения этой статьи желательно ? :

  • Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.
  • Проставив сноски, внести более точные указания на источники.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Генератор тактовых импульсов" в других словарях:

генератор тактовых импульсов — генератор синхроимпульсов — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы генератор синхроимпульсов EN clock … Справочник технического переводчика

генератор тактовых импульсов — takto impulsų generatorius statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. clock pulse generator; timing pulse generator vok. Taktimpulsgenerator, m rus. генератор тактовых импульсов, m pranc. générateur d impulsions de rythme, m … Automatikos terminų žodynas

генератор тактовых импульсов — taktų impulsų generatorius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Generatorius, kuriantis stabilaus periodo impulsus, kurie naudojami tam tikrų įtaisų ar grandinių veikai sinchronizuoti. atitikmenys: angl. cycle repeat timer; … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

генератор тактовых импульсов — taktų impulsų generatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. clock pulse generator; timing pulse generator vok. Impulszeitgeber, m; Taktimpulsgeber, m rus. генератор тактовых импульсов, m pranc. générateur d’impulsions de rythme, m;… … Fizikos terminų žodynas

задающий генератор (тактовых импульсов) — Ведущий опорный генератор, формирующий тактовые или синхронизирующие импульсы, используемые для управления другими генераторами, которые называются ведомыми. [Л.М. Невдяев. Телекоммуникационные технологии. Англо русский толковый словарь… … Справочник технического переводчика

опорный генератор тактовых импульсов — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999] Тематики электротехника, основные понятия EN reference clock … Справочник технического переводчика

Генератор сигналов — Генератор сигналов это устройство, позволяющее получать сигнал определённой природы (электрический, акустический или другой), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики и т. д.).… … Википедия

генератор синхроимпульсов, управляемый напряжением — генератор тактовых импульсов, управляемый напряжением — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы… … Справочник технического переводчика

Генератор колебаний электрический — Электронные генераторы большое множество устройств в радиотехнике и электронике (радиоэлектронике). Генератор представляет собой электронный усилитель охваченный цепью положительной обратной связи с фильтром. Содержание 1 Виды генераторов 2… … Википедия

Электронный генератор — Электронные генераторы большое множество устройств в радиотехнике и электронике (радиоэлектронике). Генератор представляет собой электронный усилитель охваченный цепью положительной обратной связи с фильтром. Содержание 1 Виды электронных… … Википедия

Тактовые генераторы ВЧ, НЧ

12 Схем RC-мультивибраторов на микросхемах, расчет их частоты 12 Схем RC-мультивибраторов на микросхемах, расчет их частоты

Во многих схемах, построенных на логических микросхемах есть источники прямоугольных импульсов, — мультивибраторы на логических элементах с заданием частоты RC-цепями. Здесь пойдет речь о мультивибраторах на логических элементах КМОП-логики, представляющей собой цифровые микросхемы с низким .

Схема генератора импульсов, управляемого напряжением (2,5-12В, частота 1-26 кГц) Схема генератора импульсов, управляемого напряжением (2,5-12В, частота 1-26 кГц)

Как известно, частота RC-генератора, как на логических элементах, так и на другой элементной базе, сильно зависит от напряжения питания. Главным образом это происходит из-за влияния напряжения питания на емкости полупроводниковых переходов и каналов. Что касается мультивибратора на логических .

Схема простого мультивибратора для мощной нагрузки (КТ972, КТ973) Схема простого мультивибратора для мощной нагрузки (КТ972, КТ973)

Принципиальная схема мощного транзисторного мультивибратора с управлением, построен на транзисторах КТ972, КТ973. Многие радиолюбители начинали свой творческий путь со сборки простых радиоприёмников прямого усиления, несложныхусилителей мощности звуковой частоты и сборки простых мультивибраторов .

Простые генераторы частоты 50-120Hz на микросхемах CD4060 Простые генераторы частоты 50-120Hz на микросхемах CD4060

Существует аппаратура и приборы, не только питающиеся от электросети, но и вкоторых электросеть служит источником таковых импульсов, необходимых для работы схемы прибора. При питании таких приборов от электросети с другой частотой или от автономного источника возникает проблема с тем, откуда взять .

Схема генератора управляемого напряжением с удвоенным диапазоном управления Схема генератора управляемого напряжением с удвоенным диапазоном управленияСхема удваивает коэффициент отклонения частоты, заданный генератором, управляемым напряжением (ГУН). Управляющее напряжение для ГУН, выполненного на микросхеме MC1658, с диапазоном изменения от 0 до 2 В ослабляется и подается на операционный усилитель АМ685, который подключен, как компаратор. .
Синусоидальный генератор с частотой 1,5-2,5 кГц Синусоидальный генератор с частотой 1,5-2,5 кГцСостоящая из трех частей схема генератора с фазовращателем, являющегося линейным во всей полосе генерируемых частот и выдающего на выходе хороший синусоидальный сигнал. Цепь фазовращателя находится в петле обратной связи регенеративного радиоприемника, а схема в итоге представляет собой генератор.
Генератор на 52 МГц с ЧМ на варикапе Генератор на 52 МГц с ЧМ на варикапе

Варикап Со схемы обеспечивает модуляцию ±75 кГц от основной частоты транзисторного генератора частотой 52 МГц при напряжении источника питания 15 В. Схема обладает хорошей линейностью модуляции для входных напряжений до ±200 мВ и вместе с тем может применяться для.

Схема высокоскоростного управляемого напряжением задающего генератора Схема высокоскоростного управляемого напряжением задающего генератораВысокоэффективная схема задающего генератора обладает высокой скоростью 4000 В/мкс реагирования на управляющее напряжение, при использовании источника питания на 80 В. Уровень выходного сигнала может быть до +30 В. Схема может работать с большой частотой скорости модуляции до 20 МГц.
Экспоненциальный генератор управляемый напряжением Экспоненциальный генератор управляемый напряжениемСхема генератора управляемого напряжением может эксплуатироваться при линейном масштабе изменения управляющего напряжения от времени и с логарифмической зависимостью частоты генератора, как это требуется при снятии частотной характеристики того или иного устройства. Полезный диапазон изменения.
Генератор с управлением напряжением 0-10кГц, управление 0-10 В Генератор с управлением напряжением 0-10кГц, управление 0-10 ВМультивибратор САЗ130 генерирует импульсы с постоянной амплитудой «V» и длительностью «Т2», как это показано на рисунке. Среднее значение выходного напряжения EAvg подается через интегрирующую цепь R3-C2 на неинвертирующий вход компаратора САЗ 160. Выходной сигнал компаратора с вывода 6 подается.

Тактовый генератор: устройство, принцип работы, применение

Тактовый генератор – электронная схема, производящая тактовый сигнал для синхронизации работы цифровых схем. Такой сигнал может иметь любую форму: и простую прямоугольную, и более сложную. Основными элементами генератора являются резонансная схема и усилитель.

Читайте также  Тахометр через генератор как подключить

Тактовые сигналы

В электронике, в особенности в синхронных цифровых сетях, тактовый сигнал – это сигнал, имеющий постоянную частоту, два устойчивых состояния (верхнее и нижнее), предназначенных для согласования работы цифровых схем.

Тактовый сигнал меандр

Тактовые сигналы создаются тактовыми генераторами. Наиболее распространенной формой тактового сигнала является меандр (сигнал с рабочим циклом 50%). Рабочий цикл – отношение длительности к периоду импульса. Другими словами, это часть периода, в течение которой сигнал активен.

Схемы, использующие тактовые сигналы, могут становиться активными во время переднего фронта, заднего фронта, или, в случае удвоенной скорости передачи данных, переднего и заднего фронтов импульса.

Принцип формирования тактового сигнала

Кварцевый резонатор

Источником тактовых колебаний является кварцевый кристалл, расположенный в оловянном корпусе. При подаче на кварцевую пластинку напряжения, он начинает совершать механические колебания. Под действием пьезоэлектрического эффекта на электродах кристалла наводится ЭДС. Колебания электротока следуют на генератор, который, собственно, и преобразует их в импульсы.

Генератор тактовых импульсов для компьютера

В компьютере генератор отвечает за синхронную работу всех его устройств: процессора, оперативной памяти, шин данных. Работу процессора при этом можно сравнить с работой часов. Исполнение инструкции центральным процессором осуществляется за определенное число тактов. Точно также функционируют и часы. Такты в механических часах определяются колебаниями маятника.

Производительность процессора напрямую зависит от частоты тактов. Чем больше частота тактов, тем больше инструкций процессор способен выполнить за определенный промежуток времени. Одна команда или инструкция может выполняться процессором за часть такта или за несколько сотен тактов. Общая тенденция современного развития компьютерной техники заключается в снижении количества тактов, выделяемых для выполнения одной простейшей инструкции.

тактовый сигнал в компьютере

Оверклокинг

Особый интерес тактовый генератор процессора представляет для оверклокеров. К оверклокерам относят специалистов в области компьютерных технологий и просто любителей, стремящихся повысить производительность своей техники. В настоящее время оверклокинг доступен даже простым пользователям. Для изменения настроек компонентов компьютера иногда достаточно просто зайти в BIOS.

Прежде всего необходимо ответить на вопрос: за счет чего будет повышаться производительность? Здесь все очень просто. Производители компьютерных комплектующих для повышения надежности своих компонентов закладывают в них технологический запас. Именно этот запас и привлекает любителей выжать максимум из своего компьютера.

Одним из способов разгона компьютера будет замена кварцевого резонатора на кристалл, имеющий более высокую частоту. Или, например, можно убрать дополнительные элементы в виде делителей частоты из схемы генератора.

В современных компьютерах генераторы, как правило, реализуются на одной интегральной схеме. Значения тактовой частоты и множителя процессора, как уже было отмечено выше, можно изменить непосредственно из BIOS.

Начинающие оверклокеры нередко задаются вопросом, как определить модель тактового генератора. Программными средствами это сделать невозможно. Остается только открывать системный блок и искать генератор визуально.

С другой стороны, программным способом определяется модель материнской платы (AIDA64, Everest и другие). Затем для данной модели ищется подробная инструкция, а в ней вполне возможно будет найти информацию о названии генератора. А как узнать для тактового генератора значение тактовой частоты, установленное по умолчанию, и значение после разгона? Эти сведения также можно почерпнуть из инструкции для материнской платы.

Основные элементы

Тактовый генератор 8284А

В качестве резонансной схемы генератора часто выступает кварцевый пьезо-электрический возбудитель. В то же время могут использоваться более простые схемы параллельного резонансного контура и RC-цепь (схема состоящая из конденсатора и резистора).

Генератор может иметь дополнительные схемы для изменения основного сигнала. Так процессор 8088 использует только две трети от рабочего цикла тактового сигнала. Это требует наличия в генераторе тактовых импульсов. И встроенной логической схемы для преобразования рабочего цикла.

По мере усложнения формы выходного синхросигнала в схеме генератора тактовых импульсов могут использоваться смеситель, делитель или умножитель частоты. Смеситель частоты генерирует сигнал, частота которого равна сумме или разности двух частот входных сигналов.

Схема фазовой автоподстройки частоты

Многие устройства используют схемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) для сравнения фазы сигнала с выхода генератора с фазой частоты и регулировки частоты генератора таким образом, чтобы значения фаз совпали.

Схема фазовой автоподстройки

На рисунке приведена схема фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Устройство сравнения фаз (компаратор) имеет 2 входа и 1 выход. В качестве входных сигналов используется сигнал от задающего генератора (сигнал на входе схемы ФАПЧ) и сигнал с выхода генератора, управляемого напряжением (ГУН). Компаратор сравнивает фазы двух сигналов и формирует сигнал ошибки, который следует на фильтр нижних частот (ФНЧ), а с него – на ГУН, управляя его частотой.

Программируемый тактовый генератор

Виды тактовых генераторов

1. Генераторы общего назначения

Генераторы общего назначения, как правило, используют схемы ФАПЧ для генерирования выходных сигналов из общей входной частоты. Они для получения опорной частоты используют простые недорогие кварцевые кристаллы. Из сигнала опорной частоты они генерируют выходные тактовые сигналы с низким уровнем дрожания фронта сигнала.

2. Программируемые генераторы

Позволяют изменять коэффициент, используемый делителем или умножителем. Благодаря этому можно выбрать любую из множества выходных частот без изменения аппаратной части.

Применение генераторов синхронизирующих сигналов в сетях SONET

Это тактовый генератор, используемый сетями поставщиков услуг часто в виде встроенного источника сигналов (BITS) для центрального офиса.

Цифровые коммутационные системы и некоторые системы передачи (например, системы синхронной цифровой иерархии SONET) зависят от надежной высококачественной синхронизации. Чтобы обеспечить такое состояние, большинство поставщиков услуг применяют схемы распределения сигналов синхронизации между офисами и реализуют концепцию BITS для обеспечения синхронизации внутри офиса.

На вход генератора тактовой частоты поступают входные сигналы синхронизации, а из выхода следуют выходные сигналы синхронизации. В качестве входных опорных сигналов могут выступать сигналы синхронизации DS-1 или CC (составные сигналы), выходными сигналами также могут быть сигналы DS-1 или CC.

Кремниевый осциллятор заменяет тактовый генератор на кварцевом или керамическом резонаторе

В большинстве практических приложений, использующих микроконтроллеры, кремниевые осцилляторы могут заменить тактовые генераторы на кварцевых и керамических резонаторах. Обладая такими преимуществами, как невосприимчивость к вибрации, ударным воздействиям и электромагнитным помехам (ЭМП), подобные осцилляторы имеют меньшие габариты и проще в обращении по сравнению с другими схемами. В работе рассматриваются основные типы тактовых генераторов, применяемых в микроконтроллерах, анализируются критерии выбора схемы генератора в зависимости от конкретной задачи, а также предлагается краткий обзор микросхем кремниевых осцилляторов, выпускаемых фирмой MAXIM.

Введение

Генераторы тактовых импульсных последовательностей являются неотъемлемыми элементами микроконтроллерной схемотехники. Критерий выбора тактового генератора, как правило, зависит от четырех основных параметров: точности, напряжения питания, габаритов и шума. Требования точности обычно определяются для данного приложения коммуникационными стандартами. Например, высокоскоростной порт USB требует суммарной точности тактового генератора ±0,25%. В противоположность этому системы без внешних коммуникаций могут функционировать совершенным образом при точности тактового генератора 5, 10 или даже 20%. В таких системах наиболее целесообразно использовать кремниевые осцилляторы благодаря их крайне низкой стоимости и простоте применения.

Большинство тактовых генераторов для микроконтроллеров может быть отнесено к двум основным типам:

  • генераторы, основанные на использовании приборов с механическим резонансом, такие как кварцевые и керамические резонаторы;
  • генераторы, основанные на использовании времязадающих RC-цепей в обратной связи активного элемента, или просто RC-генераторы.

Кремниевые осцилляторы (Silicon Oscillators, термин, используемый фирмой MAXIM) представляют собой полностью интегральную версию RC-генератора с дополнительными источниками тока, для увеличения стабильности согласованными с помощью подгонки резисторами и конденсаторами и термокомпенсирующими цепями.

Читайте также  Автомобили с двумя генераторами

Генераторы Пирса

Генераторы, основанные на кварцевых и керамических резонаторах, наиболее часто реализуются по схеме Пирса, в которой кварц или резонатор служит резонансным элементом в цепи обратной связи инвертирующего усилителя. Стабилизация такой схемы, компенсация фазового сдвига и управление усилением поддерживаются дополнительными резисторами и конденсаторами. Кроме того, резисторы обеспечивают демпфирование, необходимое для предотвращения перевозбуждения, которое может вывести из строя кварцевый резонатор.

На рис. 1 приведены две схемы генератора Пирса, использующих в качестве активного элемента (АЭ) CMOS логический инвертор. Это самая типичная реализация. И хотя она обычно менее стабильна и характеризуется большим энергопотреблением по сравнению с транзисторными схемами, но является простой и вполне приемлемой схемой для широкого диапазона практических приложений.

Примеры простейших схем тактовых генераторов: а) схема Пирса с кварцевым или керамическим резонатором; б) RC$генератор с обратной связью

Сравнение основных схем тактовых генераторов

Тактовые генераторы, основанные на применении кристаллических и керамических резонаторов, в основе которых лежат их собственные механические резонансы, обеспечивают высокое значение начальной точности частоты колебаний и низкий температурный коэффициент. RC-генераторы характеризуются быстрым запуском (быстрым входом в режим) и низкой стоимостью, но отличаются малой точностью, зависящей от температуры окружающей среды и от изменения напряжения источника питания. Эта зависимость приводит к изменению частоты колебаний от 5 до 50% от номинального значения.

Схема, приведенная на рис. 1а, может вырабатывать тактовые импульсы высокой степени качества, однако их характеристики будут сильно зависеть от параметров окружающей среды, выбора компонентов схемы и топологии печатной платы. Керамические резонаторы и связанные с ним величины нагрузочных конденсаторов должны быть оптимизированы для работы с выбранным типом логических элементов. Кварцевые резонаторы, обладающие высокими значениями собственной добротности, чувствительны не столько к выбору типа усилительного элемента, сколько к смещению частоты и даже могут разрушаться при перегрузке. Внешние воздействия, например ЭМП, механические вибрации и ударные воздействия, влажность и температура, также оказывают влияние на работу генератора. Эти воздействия способны вызвать изменение частоты выходного сигнала, увеличение флуктуации частоты и фазы выходного сигнала и в ряде случаев могут привести к прекращению функционирования генератора.

Рассмотренные выше резонаторы используются при создании генераторных модулей, которые содержат все компоненты, необходимые для построения схемотехники генераторов, и обеспечивают при малом выходном сопротивлении выходной сигнал прямоугольной формы.

Функционирование генераторного модуля обеспечивается в пределах всего диапазона внешних условий. Самыми распространенными являются модули на резонаторах (кристаллические) и полностью интегральные кремниевые генераторные модули.

Кристаллические модули обеспечивают точность, сопоставимую с точностью схем генераторов, выполненных на дискретных элементах с дискретным кварцевым или керамическим резонатором.

Кремниевые генераторы являются более прецизионными по сравнению с RC-генераторами, выполненными на дискретных компонентах. Реализуемая ими точность частоты колебаний сопоставима с точностью генераторов, основанных на керамических резонаторах.

Энергопотребление

Энергопотребление — один из важных критериев выбора генератора. Потребление энергии кварцевым генератором, выполненным на дискретных компонентах, определяется главным образом током цепи обратной связи усилителя и величинами используемых в схеме конденсаторов. Энергопотребление усилителей, реализованных по CMOS-технологии, в значительной степени пропорционально рабочей частоте и может быть выражено величиной емкости, рассеивающей энергию. Величина емкости рассеяния логического инвертора типа HC04, который применяется в качестве инвертирующего усилителя, составляет примерно 90 пФ. При работе на частоте 4 МГц и источнике питания с напряжением 5 В это эквивалентно току потребления 1,8 мА. Схема кварцевого генератора на дискретных компонентах обычно содержит дополнительную емкостную нагрузку в 20 пФ. Таким образом, общий ток потребления возрастает до 2,2 мА.

Схемы с керамическими резонаторами обычно характеризуются большими значениями емкостной нагрузки по сравнению со схемами на кварцевых резонаторах, что приводит к еще большему току потребления при использовании аналогичного усилителя.

Для сравнения: генераторные модули с использованием кварцевых резонаторов, характеризуются током потребления от 10 до 60 мА, поскольку их схемотехника содержит цепи термокомпенсации и управления. Ток потребления кремниевых генераторов зависит от типа модуля и функции и может изменяться в пределах от нескольких мкА (для низкочастотных модулей сфиксированной частотой) до десятков мА (для программируемых модулей).

Выбор тактового генератора

Выбор оптимального тактового генератора для применения с конкретным типом микроконтроллера определяется комбинацией факторов, включающих точность, стоимость, энергопотребление и внешние воздействия.

В таблице 1 приведены сравнительные характеристики тактовых генераторов разных типов.

Сравнительные характеристики тактовых генераторов

Краткий обзор микросхем кремниевых осцилляторов фирмы MAXIM

Выпускаемые фирмой микросхемы кремниевых осцилляторов с указанием их основных параметров приведены в таблице 2 (данные на конец 2005 г.).

Все указанные микросхемы устойчиво работают при напряжении питания от 2,7 до 5,5 В, что хорошо согласуется с типовыми напряжениями питания микроконтроллеров. Температурный диапазон гарантированной работоспособности всех схем составляет от –40 до +125 °С. Отсутствие в таблице параметров по потребляемому току для трех последних микросхем объясняется их недоступностью в открытом виде, что свидетельствует о новизне данных разработок.

Для иллюстрации возможностей кремниевых осцилляторов рассмотрим несколько подробнее две первые микросхемы из таблицы 2.

Основные параметры кремниевых осцилляторов

1. MAX7375

Выходной сигнал схемы — последовательность прямоугольных импульсов с коэффициентом заполнения импульсной последовательности 50%. Схема генератора не содержит петли ФАПЧ и при включении не требует дополнительных элементов.

Микросхема предлагается с настройкой по стандартной и нестандартной сеткам частот в диапазоне от 600 кГц до 9.99 МГц.

Типовое включение микросхемы приведено на рис. 2.

Типовое включение микросхемы

В обычном стандарте микросхема выпускается на набор фиксированных частот, данные о которых приведены в таблице 3.

Набор фиксированных частот

На рис. 3 приведена топология подключения микросхемы MAX7375 для микроконтроллера MC68HC908.

Микроконтроллер MC68HC908

Кремниевые осциляторы обладают относительно низким выходным сопротивлением, и их выходной сигнал можно передавать на разумные растояния. Это делает размещение осцилятора на плате менее критичным.

Кроме того это позволяет одному осцилятору тактировать несколько устройств. Как и любой высокоскоростной сигнал, выход тактового генератора создает электромагнитное излучение при управлении сигналами синхронизации на удаленном расстоянии. Это излучение можно минимизировать включением резистора последовательно между сигнальным выходом микросхемы и входом каждого из управляемых устройств. Такой подход иллюстрируется рис. 4, на котором показано управление микросхемой MAX7375 двумя тактовыми входами.

Последовательно включенные резисторы

2. MAX7376

Этот генератор тактовых импульсов совмещен с генератором сигнала Reset, что упрощает и удешевляет конструкцию микропроцессорных устройств. При производстве данная микросхема программируется на частоту в пределах диапазона от 32,768 кГц до 10 МГц в соответствии с таблицей 4.

Таблица 4. Параметры микросхемы MAX7376

По заказу возможно программирование на любую частоту в диапазоне, указанном в таблице 2.

Структура микросхемы приведена на рис. 5.

Структура микросхемы MAX7376

Типовая схема включения MAX7376 приведена на рис. 6.

Типовая схема включения MAX7376

Выводы

Выбор оптимального тактового генератора для применения с конкретным типом микроконтроллера, определяется следующими факторами: его точностью, стоимостью, энергопотреблением, внешним воздействием, конструктивным исполнением, а также условиями эксплуатации.

Для систем без внешних коммутаций, в которых от контроллера не требуется работа с высокими тактовыми частотами и высокой стабильностью (например, многоканальные охранные системы сигнализации), наиболее целесообразно применение кремниевых осцилляторов. Такие генераторы в свете современного развития разнообразных измерительных и управляющих систем с использованием микроконтроллеров, представляют собой весьма перспективные в применении микросхемы.

Более подробную информацию по данному и смежным вопросам можно найти на сайте компании Maxim Integrated Products

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: