Դիզայնի սկզբունքները և բյուրեղյա տատանիչների կոտորակային հաճախությունների ընտրության նկատառումները

Դիզայնի սկզբունքները և ընտրության նկատառումները բյուրեղյա տատանիչների կոտորակային հաճախությունների համար

Սարքավորումների ժամացույցի համակարգերի նախագծման ժամանակ ինժեներները հաճախ հանդիպում են բյուրեղյա տատանումների «անկանոն» թվացող հաճախականությունների դասի, ինչպիսիք են 11,0592 ՄՀց, 3,579545 ՄՀց և 19,6608 ՄՀց: Տասնորդական բաղադրիչներով այս հաճախականությունները կամայականորեն չեն ընտրված, այլ դիզայնի նկատառումների անխուսափելի արդյունքն են՝ հիմնված հաղորդակցության արձանագրությունների, հաճախականության-բաժանման սահմանափակումների և համակարգի{5}}մակարդակի հակադարձ պահանջների վրա: Ելնելով հիմնարար սկզբունքներից՝ այս հոդվածը վերլուծում է կոտորակային հաճախությունների գեներացման տրամաբանությունը և տրամադրում է բաղադրիչների ընտրության պրակտիկ սքրինինգային մեթոդներ:

• Կոտորակային հաճախականության կետերի հիմնական ձևավորման տրամաբանությունը

Որպես համակարգի ժամացույցի աղբյուր՝ բյուրեղյա տատանվողների հաճախականության ընտրությունը միշտ հարմարեցված է՝ բավարարելու ներքևի թվային սխեմաների ճշգրիտ ժամանակային պահանջները (ինչպիսիք են PLL-ները, բաժանարարները և սերիական հաղորդակցությունը): Կոտորակի հաճախականության կետերի առաջացումը հիմնականում բխում է դիզայնի հետևյալ չորս տեսակի սահմանափակումներից.

1. Հարմարվելով UART ամբողջ թվերի բաժնին՝ սխալն ապահովելու համար-Անվճար սերիական Baud-ի դրույքաչափեր

Սերիական բուդ արագությունը ստացվում է համակարգի ժամացույցից՝ ամբողջ թվերի բաժանման միջոցով՝ համաձայն հետևյալ բանաձևի՝ Baud արագությունը=Ժամացույցի հաճախականությունը / Բաժանման գործակիցը

Ստանդարտ բուդ արագություններ ճշգրիտ ստեղծելու համար (օրինակ՝ 9600, 19200 կամ 115200 բ/վ), ժամացույցի հաճախականությունը պետք է բաժանվի բաժանարարի վրա՝ առանց մնացորդի: Որպես օրինակ վերցնելով 1,8432 ՄՀց՝ 16 անգամ գերնմուշառման բաժանումից հետո.

1,8432 MHz ÷ 16=115.2 kHz, որը հավասար է 115200 bps:

Նմանապես, 11,0592 ՄՀց և 19,6608 ՄՀց հաճախականությունները համապատասխանաբար 6 անգամ և 10,666… անգամ 1,8432 ՄՀց են (իրականում, 11.0592=1.8432 × 6, 19.6608=1.8432 × 10,666… պահանջում է PLL հաճախականություն, քանի որ դրանք ուղղակիորեն օգտագործվում են որպես CU5 հաճախականություն): միկրո{10}}կարգավորիչ, որը թույլ է տալիս ներքին UART բաժանարարին ստեղծել բոլոր ստանդարտ baud արագությունները բաժանման միջոցով: Եթե ​​ընտրված է 20 ՄՀց ամբողջ հաճախականություն, այն չի կարող հավասարապես բաժանվել 115200-ի, ինչի արդյունքում առաջանում է կուտակային սխալ և առաջանում շրջանակի սխալներ կամ փաթեթների կորուստ:

2. Երկուական հաճախականության-բաժանման ճարտարապետության աջակցությունը հեշտացնում է ժամացույցի ծառի ձևավորումը

Հաճախականությունները, ինչպիսիք են 20,48 ՄՀց, 10,24 ՄՀց և 5,12 ՄՀց, բոլորը կարող են արտահայտվել որպես 2ⁿ × 10 կՀց (օրինակ՝ 20,48 ՄՀց=2048 × 10 կՀց): Այս հաճախականությունները երկուական հաճախականության բաժանման միջոցով կասկադից հետո կարող են ստեղծվել ենթա{11}ժամացույցի տիրույթներ, ինչպիսիք են 10,24 ՄՀց, 5,12 ՄՀց, 2,56 ՄՀց, 1,28 ՄՀց և այլն: Այս մոտեցումը լավ{17}}հարմար է երկուական հաշվիչների կամ հերթափոխային ռեգիստրների միջոցով հաճախականությունների բաժանման իրականացման համար, ինչը հանգեցնում է պարզ շղթայի կառուցվածքի` լավ սահմանված փուլային հարաբերություններով և տարբեր հաճախականությունների{19}}բաժանված ժամացույցների միջև{19}}համապատասխան ժամանակային սահմաններով: Այս հաճախականությունները սովորաբար օգտագործվում են որպես բազային հաճախականություններ արդյունաբերական DSP-ներում, PLC-ներում և servo կրիչներում:

3. Սինթեզվում է PLL-ի միջոցով՝ բարձր-հաղորդակցման և աուդիո/վիդեո նմուշառման ստանդարտներին համապատասխանելու համար

Ժամանակակից SoC-ները, օպտիկական մոդուլները և վիդեո պրոցեսորները ներառում են PLL-ներ, որոնք սովորաբար օգտագործում են ստանդարտ ամբողջ հաճախականություններ (օրինակ՝ 25 ՄՀց կամ 24 ՄՀց) որպես հղում և այնուհետև ստեղծում են հատուկ ոչ-ստանդարտ հաճախականություններ ամբողջ թվերի բաժանման կամ բազմապատկման կամ կոտորակային բաժանման միջոցով: Տիպիկ օրինակները ներառում են.

74,25 ՄՀց՝ բարձր-տեսանյութերի նմուշառման ժամացույց, որը սահմանված է SMPTE ստանդարտով, որն օգտագործվում է այնպիսի ձևաչափերի համար, ինչպիսիք են 1080i և 720p;

33,1776 ՄՀց. սովորաբար հանդիպում է աուդիո կոդեկներում և լայնաշերտ ՌԴ դիմային- ծայրերում; երբ օգտագործվում է PLL-ի հետ, այն կարող է ճշգրիտ ձևավորել 44,1 կՀց կամ 48 կՀց ձայնային նմուշառման արագության ընտանիքներ.

25.000625 ՄՀց. Որոշ Ethernet PHY-ներ օգտագործում են 25 ՄՀց ժամացույց՝ կոտորակային PLL-ով՝ 125 ՄՀց սերիական տվյալների ճշգրիտ արագություն ստեղծելու համար՝ 1 Գբիթ/վրկ գծային արագություն ապահովելու համար (նկատի ունեցեք, որ 25 ՄՀց-ի ամբողջ բազմապատիկները սովորաբար օգտագործվում են պրակտիկայում, սա ներկայացված է միայն այս նպատակով):

Հարկ է նշել, որ կոտորակային հաճախականության բաժանումը ներկայացնում է դետերմինիստական ​​ցնցում և կեղծ ազդանշաններ: Ֆազային աղմուկի նկատմամբ զգայուն հավելվածների համար առաջնահերթությունը պետք է տրվի թիրախային հաճախականություններին, որոնք կարելի է ձեռք բերել ուղղակիորեն ամբողջ թվերի հաճախականության բաժանման միջոցով, կամ ցածր{1}}աղմուկի PLL-ների օգտագործմանը՝ համապատասխան կազմաձևված հանգույցի թողունակությամբ:

4. Պատմական արդյունաբերության արձանագրություններին և EMC-ի նկատառումներին հավատարմություն

Պատմական արձանագրություններ. USB 2.0-ը սահմանում է 48 ՄՀց բարձր-ժամացույց; Ethernet MAC-ներն օգտագործում են 25 ՄՀց կամ 125 ՄՀց; իսկ իրական ժամանակի ժամացույցները (RTC) աշխատում են 32,768 կՀց (215 Հց): Այս հաճախականությունները ամրագրվել են ստանդարտների հաստատման ժամանակ և այդ ժամանակվանից ընդունվել են արդյունաբերության ողջ շղթայում՝ դառնալով դե ֆակտո ստանդարտներ:

Էլեկտրամագնիսական համատեղելիություն (EMC). Ամբողջ թվային հաճախականությունների ավելի բարձր կարգի-հարմոնիկները կարող են համընկնել սնուցման աղբյուրի, ռադիոհաճախականության կամ անլար կապի տիրույթների հետ՝ առաջացնելով միջամտություն: Կոտորակի բաղադրիչով տատանվող հաճախականության ընտրությունը կարող է ցրել կամ տեղաշարժել ներդաշնակ էներգիան՝ դրանով իսկ նվազեցնելով EMI ռիսկերը և նվազեցնելով զտման և պաշտպանման ծախսերը:

• Այլ հիմնական գործոններ բյուրեղյա տատանումների ընտրության մեջ

Բացի հաճախականության արժեքից, ընտրության համար հավասարապես կարևոր են հետևյալ ինժեներական գործոնները.

Փուլային աղմուկ և ցնցում

Չնայած PLL-ները կարող են սինթեզել ցանկացած հաճախականություն, կոտորակային հաճախականության բաժանումը զգալիորեն նվազեցնում է մոտ-վերջնական փուլի աղմուկը և պատահական ցնցումները: Այնպիսի ծրագրերի համար, ինչպիսիք են բարձր-օպտիկական մոդուլները, միլիմետրային-ալիքային ռադարը կամ 5G fronthaul-ը, խորհուրդ է տրվում ուղղակիորեն ընտրել բյուրեղյա տատանիչներ բնիկ հաճախականություններով, որոնք համապատասխանում են փուլային աղմուկի բնութագրերին` հետագայում խուսափելու ազդանշանի ամբողջականության անբավարար լուսանցքներից:

Առաջատար ժամանակը և արժեքը

Ոչ-ոչ ստանդարտ կամ հատուկ հաճախականությունները սովորաբար պահանջում են երկար սպասարկման ժամկետներ և կրում են բարձր ինժեներական ծախսեր: Գործողության ընդունելի սահմաններում առաջնահերթությունը պետք է տրվի արդյունաբերական-ստանդարտ հաճախականություններին (օրինակ ընդհանուր ամբողջ թվային հաճախականությունները, ինչպիսիք են 25 ՄՀց, 27 ՄՀց, 40 ՄՀց և 50 ՄՀց, ինչպես նաև այս հոդվածում նշված ստանդարտ կոտորակային հաճախականությունները)՝ R&D ծախսերը կրճատելու և վերահսկելու համար:

Համատեղելիություն կենցաղային փոխարինողների հետ

Ներկայումս քվարց բյուրեղների տատանումների տատանումների տնային արտադրողները ծածկում են ընդհանուր օգտագործվող ամբողջ թվերի և կոտորակային ստանդարտ հաճախականությունների ճնշող մեծամասնությունը: Սարք ընտրելիս կենտրոնացեք մատակարարման կայունության, ջերմաստիճանի բնութագրերի վրա (օրինակ՝ ± 10 ppm և ±20 ppm) և բեռնվածքի հզորության պարամետրերին՝ ապահովելու համապատասխանությունը հյուրընկալող կարգավորիչի չիպի ժամացույցի մուտքագրման պահանջներին:

• Գործնական ընտրության առաջարկություններ

Նախ,որոշել համակարգի ժամացույցի սահմանափակումներըԹվարկեք բոլոր ծայրամասային սարքերի կողմից պահանջվող ճշգրիտ ժամացույցի հաճախականությունները (UART, I2S, SPI, Ethernet, USB, Video) և դրանց թույլատրելի սխալի սահմանները:

Բյուրեղային օսլիլատորի հիմնական հաճախականությունը ստացեք հակառակ ուղղությամբ.Եթե ​​միկրոկարգավորիչն ունի ներկառուցված-PLL, ապա ընտրեք հղման բյուրեղյա տատանիչ, որը կարող է գեներացնել թիրախային հաճախականությունները ամբողջ թվերի կամ ցածր{1}}կոտորակային բաժանման գործակիցների միջոցով: Նախապատվությունը տվեք հաճախականություններին, որոնց բաժանման գործակիցը 100-ից փոքր է և հայտարարը 2-ի հզորություն է:

Ստուգեք բաժանման սխալըՀաշվարկեք, թե արդյոք բաժանման սխալը պակաս է ծայրամասային սարքերի կողմից թույլատրված առավելագույն բուդ արագությունից/նմուշառման արագության շեղումից (սովորաբար <±2%):

Գնահատեք EMI ռիսկը.Կատարել բարձր-հաճախականության ներդաշնակությունների սպեկտրալ վերլուծություն; անհրաժեշտության դեպքում ընտրեք հաճախականության կետ, որը շեղվում է ամբողջ թվերի-կարգի ներդաշնակություններից:

Հաշվի առեք մատչելիությունը և արժեքը. կատարողականության պահանջներին համապատասխանելիս ընտրեք շուկայական լայն հասանելիություն ունեցող մոդել և փաթեթի տեսակ (օրինակ՝ HC-49S, SMD 3,2 × 2,5 մմ), որը համապատասխանում է արտադրության պահանջներին: