Dizayn tamoyillari va tanlash masalalari Kristal osilatorlardagi fraksiyonel chastotalar uchun
Uskunali soat tizimlarini loyihalashda muhandislar ko'pincha 11,0592 MGts, 3,579545 MGts va 19,6608 MGts kabi "tartibsiz" kristalli osilator chastotalari sinfiga duch kelishadi. O'nli qismlarga ega bo'lgan bu chastotalar o'zboshimchalik bilan tanlanmaydi, lekin aloqa protokollari, chastota{4}}bo'linish cheklovlari va tizim darajasidagi teskari talablarga asoslangan dizayn mulohazalari muqarrar natijasidir. Asosiy printsiplardan boshlab, ushbu maqola fraksiyonel chastotalarni yaratish mantiqini tahlil qiladi va komponentlarni tanlash uchun amaliy skrining usullarini taqdim etadi.
- Fraksiyonel chastota nuqtalarining asosiy dizayn mantig'i
Tizim soatining manbai sifatida kristall osilatorning chastota tanlovi har doim quyi oqimdagi raqamli kontaktlarning zanglashiga olib keladigan aniq vaqt talablarini qondirish uchun moslashtirilgan (masalan, PLL, bo'linuvchi va ketma-ket aloqa). Fraksiyonel chastota nuqtalarining paydo bo'lishi birinchi navbatda quyidagi to'rt turdagi dizayn cheklovlaridan kelib chiqadi:
1.Xatolik-Bepul ketma-ket uzatish tezligini taʼminlash uchun UART butun son boʻlimiga moslashish
Seriyali uzatish tezligi tizim soatidan butun sonlarga bo'linish orqali quyidagi formula bo'yicha olinadi: Bod tezligi=Soat chastotasi / Bo'linish omili
Standart uzatish tezligini (masalan, 9600, 19200 yoki 115200 bps) aniq yaratish uchun soat chastotasi qoldiqsiz bo'linuvchiga bo'linishi kerak. Misol sifatida 1,8432 MGts ni olib, 16 marta ortiqcha namuna olish bo'linmasidan keyin:
1,8432 MGts ÷ 16=115.2 kHz, bu 115200 bps ga teng.
Xuddi shunday, 11,0592 MGts va 19,6608 MGts mos ravishda 6 marta va 10,666… marta 1,8432 MGts ni tashkil qiladi (aslida, 11.0592=1.8432 × 6, 19.6608=1.8432 × 10,666 ... PLL talab qiladi), lekin ularni MCU5 chastotasi sifatida to'g'ridan-to'g'ri soat uchun ishlatish keng tarqalgan. micro{10}}kontroller, bu ichki UART bo'luvchiga bo'linish orqali barcha standart uzatish tezligini yaratishga imkon beradi. Agar 20 MGts butun son chastotasi tanlangan bo'lsa, uni 115 200 ga teng bo'linib bo'lmaydi, natijada kümülatif xatolik yuzaga keladi va kadr xatosi yoki paket yo'qolishiga olib keladi.
2. Ikkilik chastotalar{1}}boʻlinish arxitekturasini qoʻllab-quvvatlash soat daraxti dizaynini soddalashtiradi
20,48 MGts, 10,24 MGts va 5,12 MGts kabi chastotalar 2ⁿ × 10 kHz (masalan, 20,48 MGts=2048 × 10 kHz) sifatida ifodalanishi mumkin. Ikkilik chastotalar boʻlinishi orqali ushbu chastotalarni kaskadlashdan soʻng, 10.24 MGts, 5.12 MGts, 2.56 MGts, 1.28 MGts va hokazo kabi sub{11}}soat domenlarini yaratish mumkin. Bu yondashuv ikkilik hisoblagichlar yoki siljish registrlari yordamida chastota boʻlinishini amalga oshirish uchun juda mos keladi, buning natijasida fazalar munosabatlari yaxshi aniqlangan-va turli chastotalar-boʻlingan soatlar oʻrtasida izchil vaqt chegaralari mavjud boʻlgan oddiy sxema tuziladi. Ushbu chastotalar odatda sanoat DSP, PLC va servo drayverlarda asosiy chastotalar sifatida ishlatiladi.
3. Yuqori tezlikdagi aloqa va audio/video namuna olish standartlariga javob berish uchun PLL orqali sintezlangan{1}}
Zamonaviy SoC'lar, optik modullar va video protsessorlar PLL-larni o'z ichiga oladi, ular odatda standart butun chastotalarni (masalan, 25 MGts yoki 24 MGts) mos yozuvlar sifatida ishlatadilar va keyin butun sonlarni bo'lish yoki ko'paytirish yoki kasrlarga bo'lish orqali maxsus -standart bo'lmagan chastotalarni yaratadilar. Odatdagi misollarga quyidagilar kiradi:
74,25 MGts: 1080i va 720p kabi formatlar uchun ishlatiladigan SMPTE standarti tomonidan belgilangan yuqori aniqlikdagi video namuna olish soati;
33,1776 MGts: Odatda audio kodeklarda va keng polosali RF old-uchlarida topiladi; PLL bilan foydalanilganda, u 44,1 kHz yoki 48 kHz audio namuna olish tezligi oilalarini aniq yaratishi mumkin;
25.000625 MGts: Ba'zi Ethernet PHY'lari 1 Gbit / s liniya tezligini qo'llab-quvvatlash uchun aniq 125 MGts ketma-ket ma'lumotlar tezligini yaratish uchun kasrli PLL bilan 25 MGts soatdan foydalanadi (esda tutingki, 25 MGts butun sonli ko'paytmalar amalda qo'llaniladi; bu erda faqat tasvirlash uchun berilgan).
Shuni ta'kidlash kerakki, fraksiyonel chastota bo'linishi deterministik jitter va soxta signallarni kiritadi. Fazaviy shovqinga sezgir bo'lgan ilovalar uchun to'g'ridan-to'g'ri butun chastota bo'linishi orqali olinishi mumkin bo'lgan maqsadli chastotalarga yoki tegishli konfiguratsiya qilingan pastadirli tarmoqli kengligi bilan past shovqin PLL lardan foydalanishga ustunlik berish kerak.
4.Tarixiy sanoat protokollari va EMC mulohazalariga rioya qilish
Tarixiy protokollar: USB 2.0 48 MGts yuqori{2}}tezlikni belgilaydi; Ethernet MAC'lari 25 MGts yoki 125 MGts dan foydalanadi; va real{5}}vaqt soatlari (RTC) 32,768 kHz (2¹⁵ Gts) da ishlaydi. Ushbu chastotalar standartlar o'rnatilganda o'rnatildi va shundan so'ng butun sanoat zanjiri bo'ylab qabul qilindi va de-fakto standartlarga aylandi.
Elektromagnit moslik (EMC): Butun chastotalarning yuqori tartibli harmoniklari{0}} quvvat manbai, RF yoki simsiz aloqa diapazonlari bilan bir-biriga mos kelishi va shovqinni keltirib chiqarishi mumkin. Fraksiyonel komponentli osilator chastotasini tanlash harmonik energiyani tarqatishi yoki o'zgartirishi mumkin, shu bilan EMI xavfini kamaytiradi va filtrlash va ekranlash xarajatlarini kamaytiradi.
- Kristal osilatorni tanlashning boshqa asosiy omillari
Tanlash uchun chastota qiymatiga qo'shimcha ravishda quyidagi muhandislik omillari bir xil darajada muhimdir:
Fazali shovqin va jitter
PLL har qanday chastotani sintezlashi mumkin bo'lsa-da, fraksiyonel chastota bo'linishi oxirgi faza shovqinini va tasodifiy jitterni sezilarli darajada pasaytiradi. Yuqori{2}}tezlikdagi optik modullar, millimetrli-to‘lqin radarlari yoki 5G frontal kabi ilovalar uchun signalning yaxlitligi chegaralarining yetarli bo‘lmasligi uchun keyinchalik faza shovqini spetsifikatsiyalariga javob beradigan mahalliy chastotalarga ega kristall osilatorlarni to‘g‘ridan-to‘g‘ri tanlash tavsiya etiladi.
Yetkazib berish vaqti va narxi
Nostandart yoki moslashtirilgan chastotalar-odatda uzoq muddatlarni talab qiladi va yuqori muhandislik xarajatlarini talab qiladi. Qabul qilinadigan unumdorlik chegaralari doirasida ilmiy-tadqiqot va ishlanmalar davrini qisqartirish va BOM xarajatlarini nazorat qilish uchun sanoatning standart chastotalariga (masalan, 25 MGts, 27 MGts, 40 MGts va 50 MGts kabi umumiy butun chastotalar, shuningdek, ushbu maqolada keltirilgan standart fraksiyonel chastotalar) ustunlik berilishi kerak.
Mahalliy o'rnini bosuvchi vositalar bilan muvofiqligi
Hozirgi vaqtda mahalliy kvarts kristalli osilator ishlab chiqaruvchilari keng tarqalgan ishlatiladigan tamsayı va fraksiyonel standart chastotalarning katta qismini qamrab oladi. Qurilmani tanlashda asosiy nazoratchi chipining soat kiritish talablariga muvofiqligini ta'minlash uchun ta'minot barqarorligiga, harorat xususiyatlariga (±10 ppm va ±20 ppm kabi) va yuk sig'im parametrlariga e'tibor qarating.
- Amaliy tanlov bo'yicha tavsiyalar
Birinchidan,tizim soati cheklovlarini aniqlang: Barcha tashqi qurilmalar (UART, I2S, SPI, Ethernet, USB, Video) tomonidan talab qilinadigan aniq soat chastotalarini va ularning ruxsat etilgan xato chegaralarini sanab o'ting.
Kristal osilatorning asosiy chastotasini teskari yo'nalishda chiqaring:Agar mikrokontrollerda PLL o'rnatilgan-bo'lsa, maqsadli chastotalarni butun yoki past-kasr bo'linish nisbati orqali hosil qila oladigan mos yozuvlar kristalli osilatorni tanlang. Bo'linish nisbati 100 dan kam bo'lgan va maxraji 2 ga teng bo'lgan chastotalarga ustunlik bering.
Bo'linish xatosini tekshiring: Bo'linish xatosi tashqi qurilmalar tomonidan ruxsat etilgan maksimal uzatish tezligi/namuna olish tezligi og'ishidan kichik yoki yo'qligini hisoblang (odatda < ±2%).
EMI xavfini baholang:Yuqori -chastotali harmoniklarning spektral tahlilini o'tkazing; agar kerak bo'lsa, butun{1}}tartib garmonikasidan chetga chiqadigan chastota nuqtasini tanlang.
Mavjudligi va narxini hisobga oling: Ishlash talablariga javob berayotganda, bozorda mavjud bo'lgan modelni va ishlab chiqarish talablariga javob beradigan paket turini (masalan, HC-49S, SMD 3,2 × 2,5 mm) tanlang.