Prinċipji tad-Disinn u Konsiderazzjonijiet tal-Għażla għal Frekwenzi Frazzjonali fl-Oxxillaturi tal-Kristall
Fid-disinn ta 'sistemi ta' arloġġ tal-ħardwer, l-inġiniera spiss jiltaqgħu ma 'klassi ta' frekwenzi ta 'oxxillatur tal-kristall apparentement "irregolari", bħal 11.0592 MHz, 3.579545 MHz, u 19.6608 MHz. Dawn il-frekwenzi b'komponenti deċimali mhumiex magħżula b'mod arbitrarju, iżda huma r-riżultat inevitabbli ta' kunsiderazzjonijiet ta' disinn ibbażati fuq protokolli ta' komunikazzjoni, restrizzjonijiet ta' frekwenza-diviżjoni, u rekwiżiti ta' reverse fil--sistema. Jibda mill-prinċipji fundamentali, dan l-artikolu janalizza l-loġika wara l-ġenerazzjoni ta 'frekwenzi frazzjonali u jipprovdi metodi prattiċi ta' screening għall-għażla tal-komponenti.
- Il-Loġika tad-Disinn tal-Qofol tal-Punti tal-Frekwenza Frazzjonali
Bħala s-sors tal-arloġġ tas-sistema, l-għażla tal-frekwenza tal-oxxillatur tal-kristall hija dejjem imfassla biex tissodisfa r-rekwiżiti preċiżi tal-ħin taċ-ċirkwiti diġitali downstream (bħal PLLs, dividers, u komunikazzjoni serjali). L-emerġenza ta 'punti ta' frekwenza frazzjonali tirriżulta primarjament mill-erba 'tipi ta' restrizzjonijiet tad-disinn li ġejjin:
1.L-adattament għad-Diviżjoni Integer UART biex Tiżgura Żball-Rati ta' Baud Serjali Ħieles
Ir-rata tal-baud tas-serje hija derivata mill-arloġġ tas-sistema permezz tad-diviżjoni tan-numru sħiħ, skont il-formula li ġejja: Rata tal-baud=Frekwenza tal-arloġġ / Fattur tad-diviżjoni
Biex tiġġenera b'mod preċiż rati ta 'baud standard (bħal 9600, 19200, jew 115200 bps), il-frekwenza tal-arloġġ għandha tkun diviżibbli mid-diviżur mingħajr fdal. Meta tieħu 1.8432 MHz bħala eżempju, wara diviżjoni ta' kampjunar żejjed ta' 16-il darba:
1.8432 MHz ÷ 16=115.2 kHz, li huwa ugwali għal 115200 bps.
Bl-istess mod, 11.0592 MHz u 19.6608 MHz huma 6 darbiet u 10.666... darbiet 1.8432 MHz, rispettivament (fil-fatt, 11.0592=1.8432 × 6, 19.6608=1.8432 × 10.666... teħtieġ PLL), iżda huwa aktar komuni li tużahom direttament bħala l-frekwenza tal-arloġġ għall-mikrokontrollur li tippermetti l-MCUs diviżur UART intern biex jiġġenera r-rati baud standard kollha permezz tad-diviżjoni. Jekk tintgħażel frekwenza sħiħa ta '20 MHz, ma tistax tiġi diviża b'mod ugwali b'115,200, li tirriżulta fi żball kumulattiv u tikkawża żbalji ta' qafas jew telf ta 'pakketti.
2.L-appoġġ għal frekwenza binarja-arkitettura ta' diviżjoni tissimplifika d-disinn tas-siġra tal-arloġġ
Frekwenzi bħal 20.48 MHz, 10.24 MHz, u 5.12 MHz kollha jistgħu jiġu espressi bħala 2ⁿ × 10 kHz (eż., 20.48 MHz=2048 × 10 kHz). Wara l-kaskata ta' dawn il-frekwenzi permezz tad-diviżjoni tal-frekwenza binarja, jistgħu jiġu ġġenerati sub-dominji tal-arloġġ bħal 10.24 MHz, 5.12 MHz, 2.56 MHz, 1.28 MHz, eċċ. Dan l-approċċ huwa tajjeb-adattat għall-implimentazzjoni tad-diviżjoni tal-frekwenza bl-użu ta' counters binarji jew reġistri ta' shift, li jirriżulta fi struttura ta' ċirkwit sempliċi b'relazzjonijiet ta' fażi-definiti sew u marġini ta' ħin konsistenti bejn id-diversi arloġġi ta' frekwenza-diviż. Dawn il-frekwenzi huma komunement użati bħala frekwenzi bażi f'DSPs industrijali, PLCs, u servo drives.
3.Sintetizzat permezz ta' PLL biex tissodisfa-komunikazzjoni b'veloċità għolja u standards ta' kampjunar awdjo/vidjo
SoCs moderni, moduli ottiċi, u proċessuri tal-vidjo jinkorporaw PLLs, li tipikament jużaw frekwenzi interi standard (bħal 25 MHz jew 24 MHz) bħala referenza u mbagħad jiġġeneraw frekwenzi speċifiċi mhux-standard permezz ta' diviżjoni jew multiplikazzjoni ta' numru sħiħ, jew diviżjoni frazzjonali. Eżempji tipiċi jinkludu:
74.25 MHz: L-arloġġ tal-kampjuni tal-vidjo b'definizzjoni għolja-definit mill-istandard SMPTE, użat għal formati bħal 1080i u 720p;
33.1776 MHz: Komunement misjuba fil-codecs tal-awdjo u fit-truf ta' quddiem RF broadband; meta jintuża ma 'PLL, jista' jiġġenera b'mod preċiż il-familji tar-rata ta 'kampjunar tal-awdjo 44.1 kHz jew 48 kHz;
25.000625 MHz: Ċerti PHYs Ethernet jużaw arloġġ ta’ 25 MHz b’PLL frazzjonali biex jiġġeneraw rata ta’ data serjali preċiża ta’ 125 MHz biex isostnu rata tal-linja ta’ 1 Gbps (innota li multipli interi ta’ 25 MHz huma komunement użati fil-prattika; dan huwa pprovdut hawn għal skopijiet illustrattivi biss).
Għandu jiġi nnutat li d-diviżjoni tal-frekwenza frazzjonali tintroduċi jitter deterministiku u sinjali spuri. Għal applikazzjonijiet sensittivi għall-istorbju tal-fażi, għandha tingħata prijorità lill-frekwenzi fil-mira li jistgħu jinkisbu direttament permezz ta' diviżjoni ta' frekwenza intera, jew għall-użu ta' PLLs ta'-storbju baxx b'wisa' ta' linji konfigurati b'mod xieraq.
4.Aderenza mal-Protokolli tal-Industrija Storiċi u l-Konsiderazzjonijiet tal-EMC
Protokolli Storiċi: USB 2.0 jispeċifika arloġġ ta' veloċità għolja ta' 48 MHz-; MACs Ethernet jużaw 25 MHz jew 125 MHz; u l-arloġġi tal--ħin reali (RTCs) joperaw bi 32.768 kHz (2¹⁵ Hz). Dawn il-frekwenzi ġew iffissati meta ġew stabbiliti l-istandards u minn dakinhar ġew adottati tul il-katina kollha tal-industrija, u saru standards de facto.
Kompatibilità Elettromanjetika (EMC): -armoniċi ta' ordni ogħla ta' frekwenzi sħaħ jistgħu jikkoinċidu mal-provvista tal-enerġija, RF, jew meded ta' komunikazzjoni mingħajr fili, u jintroduċu interferenza. L-għażla ta 'frekwenza tal-oxxillatur b'komponent frazzjonali tista' tferrex jew tbiddel l-enerġija armonika, u b'hekk tnaqqas ir-riskji tal-EMI u tnaqqas l-ispejjeż tal-filtrazzjoni u l-ilqugħ.
- Fatturi Ewlenin oħra fl-Għażla tal-Oxxillatur tal-Kristall
Minbarra l-valur tal-frekwenza, il-fatturi ta 'inġinerija li ġejjin huma ugwalment importanti għall-għażla:
Fażi Storbju u Jitter
Għalkemm il-PLLs jistgħu jissintetizzaw kwalunkwe frekwenza, id-diviżjoni tal-frekwenza frazzjonali tiddegrada b'mod sinifikanti ħsejjes qrib-fażi tat-tmiem u jitter każwali. Għal applikazzjonijiet bħal moduli ottiċi ta'-veloċità għolja, radar tal-mewġ millimetriku-, jew fronthaul 5G, huwa rrakkomandat li jintgħażlu direttament oxxillaturi tal-kristall bi frekwenzi nattivi li jissodisfaw l-ispeċifikazzjonijiet tal-ħoss tal-fażi biex jiġu evitati marġini ta 'integrità tas-sinjal insuffiċjenti aktar tard.
Ħin u l-ispiża taċ-ċomb
Frekwenzi mhux-standard jew personalizzati tipikament jeħtieġu ħinijiet twal ta' żmien u jġarrbu spejjeż ta' inġinerija għoljin. F'limiti ta' prestazzjoni aċċettabbli, għandha tingħata prijorità lill-frekwenzi standard tal-industrija- (bħal frekwenzi interi komuni bħal 25 MHz, 27 MHz, 40 MHz, u 50 MHz, kif ukoll il-frekwenzi frazzjonali standard imsemmija f'dan l-artikolu) biex jitqassar iċ-ċiklu tal-R&D u jiġu kkontrollati l-ispejjeż tal-BOM.
Kompatibbiltà mas-Sostituti Domestiċi
Bħalissa, il-manifatturi domestiċi tal-oxxillaturi tal-kristall tal-kwarz ikopru l-maġġoranza l-kbira tal-frekwenzi standard interi u frazzjonali użati komunement. Meta tagħżel apparat, tiffoka fuq l-istabbiltà tal-provvista, il-karatteristiċi tat-temperatura (bħal ±10 ppm u ±20 ppm), u l-parametri tal-kapaċità tat-tagħbija biex tiżgura l-kompatibilità mar-rekwiżiti tal-input tal-arloġġ taċ-ċippa tal-kontrollur ospitanti.
- Rakkomandazzjonijiet Prattiċi tal-Għażla
L-ewwel,tiddetermina r-restrizzjonijiet tal-arloġġ tas-sistema: Elenka l-frekwenzi preċiżi ta 'l-arloġġ meħtieġa mill-periferali kollha (UART, I2S, SPI, Ethernet, USB, Video) u l-marġini ta' żball permissibbli tagħhom.
Idderiva l-frekwenza fundamentali tal-oxxillatur tal-kristall bil-maqlub:Jekk il-mikrokontrollur għandu PLL mibni-f', agħżel oxxillatur tal-kristall ta' referenza li kapaċi jiġġenera l-frekwenzi fil-mira permezz ta' proporzjonijiet ta' diviżjoni frazzjonali -integer jew baxxi. Agħti prijorità lill-frekwenzi bi proporzjon ta' diviżjoni ta' inqas minn 100 u denominatur li huwa qawwa ta' 2.
Ivverifika l-iżball tad-diviżjoni: Ikkalkula jekk l-iżball tad-diviżjoni huwiex inqas mir-rata massima tal-baud/devjazzjoni tar-rata tal-kampjunar permessa mill-periferali (tipikament < ± 2 %).
Evalwa r-riskju tal-IME:Wettaq analiżi spettrali ta'-armoniċi ta' frekwenza għolja; jekk meħtieġ, agħżel punt ta' frekwenza li jiddevja minn armoniċi ta' ordni ta' numru sħiħ-.
Ikkunsidra d-disponibbiltà u l-ispiża: Waqt li tissodisfa r-rekwiżiti tal-prestazzjoni, agħżel mudell b'disponibbiltà abbundanti tas-suq u tip ta 'pakkett (eż., HC-49S, SMD 3.2 × 2.5 mm) li jissodisfa r-rekwiżiti tal-produzzjoni.