Dizayn Prinsipləri və Seçim Mülahizələri Kristal Osilatorlarda Fraksiya Tezlikləri üçün
Aparat saat sistemlərinin dizaynında mühəndislər tez-tez 11.0592 MHz, 3.579545 MHz və 19.6608 MHz kimi zahirən "qeyri-müntəzəm" kristal osilator tezlikləri sinfi ilə qarşılaşırlar. Onluq komponentləri olan bu tezliklər özbaşına seçilmir, lakin kommunikasiya protokollarına, tezlik{4}}bölmə məhdudiyyətlərinə və sistem-səviyyəsinin tərs tələblərinə əsaslanan dizayn mülahizələrinin qaçılmaz nəticəsidir. Fundamental prinsiplərdən başlayaraq, bu məqalə fraksiya tezliklərinin yaradılmasının məntiqini təhlil edir və komponent seçimi üçün praktiki yoxlama üsullarını təqdim edir.
- Fraksiyalı Tezlik Nöqtələrinin Əsas Dizayn Məntiqi
Sistem saatının mənbəyi kimi, kristal osilatorun tezlik seçimi həmişə aşağı axın rəqəmsal sxemlərin (məsələn, PLL-lər, bölücülər və serial rabitəsi) dəqiq vaxt tələblərinə cavab vermək üçün uyğunlaşdırılır. Fraksiyalı tezlik nöqtələrinin yaranması ilk növbədə aşağıdakı dörd növ dizayn məhdudiyyətindən irəli gəlir:
1. Xətanı Təmin etmək üçün UART Tam Bölməsinə Uyğunlaşma-Sərbəst Serial Baud Rateleri
Serial ötürmə sürəti aşağıdakı düstura uyğun olaraq tam ədədlərə bölünməklə sistem saatından əldə edilir: Veri sürəti=Saat tezliyi / Bölmə faktoru
Standart ötürmə sürətlərini (məsələn, 9600, 19200 və ya 115200 bps kimi) dəqiq yaratmaq üçün saat tezliyi qalıq olmadan bölücüyə bölünməlidir. Nümunə olaraq 1,8432 MHz-i götürərək, 16 qat çox seçmə bölməsindən sonra:
1,8432 MHz ÷ 16=115.2 kHz, bu da 115200 bps-ə bərabərdir.
Eynilə, 11.0592 MHz və 19.6608 MHz müvafiq olaraq 6 dəfə və 10.666… dəfə 1.8432 MHz-dir (əslində, 11.0592=1.8432 × 6, 19.6608=1.8432 × 10.666 ... PLL tələb edir), lakin onları MCU5 kimi birbaşa saat üçün istifadə etmək daha çox yayılmışdır. mikro{10}}nəzarətçi, daxili UART bölücüyə bölmə vasitəsilə bütün standart ötürmə sürətlərini yaratmağa imkan verir. 20 MHz tam tezliyi seçilərsə, o, 115,200-ə bərabər bölünə bilməz, nəticədə kumulyativ xəta baş verir və çərçivə xətalarına və ya paket itkisinə səbəb olur.
2.İkili tezlik bölgüsü arxitekturasına dəstək-saat ağacının dizaynını asanlaşdırır
20,48 MHz, 10,24 MHz və 5,12 MHz kimi tezliklərin hamısı 2ⁿ × 10 kHz (məsələn, 20,48 MHz=2048 × 10 kHz) kimi ifadə edilə bilər. Bu tezliklərin ikili tezlik bölgüsü vasitəsilə kaskadlaşdırılmasından sonra 10.24 MHz, 5.12 MHz, 2.56 MHz, 1.28 MHz və s. kimi alt{11}}saat domenləri yaradıla bilər. Bu yanaşma ikili sayğaclar və ya sürüşmə registrlərindən istifadə edərək tezlik bölgüsünü həyata keçirmək üçün-yaxşı uyğundur, nəticədə yaxşı müəyyən edilmiş faza əlaqələri və-müxtəlif tezlik-bölünmüş saatlar arasında ardıcıl vaxt marjaları ilə sadə dövrə strukturu əldə edilir. Bu tezliklər adətən sənaye DSP-lərində, PLC-lərdə və servo sürücülərdə əsas tezliklər kimi istifadə olunur.
3.Yüksək{1}}sürətli rabitə və audio/video seçmə standartlarına cavab vermək üçün PLL vasitəsilə sintez edilmişdir
Müasir SoC-lər, optik modullar və video prosessorlar adətən standart tam tezliklərdən (məsələn, 25 MHz və ya 24 MHz) istinad kimi istifadə edən və sonra tam bölmə və ya vurma və ya kəsr bölməsi vasitəsilə xüsusi -standart olmayan tezliklər yaradan PLL-ləri özündə birləşdirir. Tipik nümunələrə aşağıdakılar daxildir:
74,25 MHz: 1080i və 720p kimi formatlar üçün istifadə edilən, SMPTE standartı ilə müəyyən edilmiş-yüksək dəqiqlikli video seçmə saatı;
33.1776 MHz: Adətən audio kodeklərdə və genişzolaqlı RF ön-sonlarında tapılır; PLL ilə istifadə edildikdə, o, 44,1 kHz və ya 48 kHz audio seçmə dərəcəsi ailələrini dəqiq yarada bilər;
25.000625 MHz: Bəzi Ethernet PHY-ləri 1 Gbit / s xətt sürətini dəstəkləmək üçün dəqiq 125 MHz seriyalı məlumat sürətini yaratmaq üçün fraksiya PLL ilə 25 MHz saatdan istifadə edir (qeyd edək ki, 25 MHz-lik tam ədədlər praktikada adətən istifadə olunur; bu burada yalnız təsvir məqsədləri üçün verilmişdir).
Qeyd etmək lazımdır ki, fraksiya tezlik bölgüsü deterministik titrəmə və saxta siqnalları təqdim edir. Faza səs-küyünə həssas olan tətbiqlər üçün prioritet birbaşa tam tezlik bölgüsü vasitəsilə əldə edilə bilən hədəf tezliklərə və ya müvafiq konfiqurasiya edilmiş dövrə bant genişliyi ilə aşağı -küylü PLL-lərin istifadəsinə verilməlidir.
4. Tarixi Sənaye Protokollarına və SMM Mülahizələrinə riayət etmək
Tarixi Protokollar: USB 2.0 48 MHz yüksək{2}}sürətli saatı təyin edir; Ethernet MAC-ləri 25 MHz və ya 125 MHz istifadə edir; və real{5}}zaman saatları (RTC) 32,768 kHz (2¹⁵ Hz) tezliyində işləyir. Bu tezliklər standartlar qurulduqda müəyyən edildi və o vaxtdan bütün sənaye zəncirində qəbul edilərək faktiki standartlara çevrildi.
Elektromaqnit Uyğunluğu (EMC): Tamsaylı tezliklərin daha yüksək nizamlı harmonikləri enerji təchizatı, RF və ya simsiz rabitə diapazonları ilə üst-üstə düşərək müdaxiləyə səbəb ola bilər. Fraksiya komponenti ilə osilator tezliyinin seçilməsi harmonik enerjini dağıta və ya dəyişdirə bilər, bununla da EMI risklərini azalda və filtrləmə və qoruma xərclərini azalda bilər.
- Kristal Osilator Seçimində Digər Əsas Faktorlar
Tezlik dəyərinə əlavə olaraq, seçim üçün aşağıdakı mühəndislik amilləri eyni dərəcədə vacibdir:
Faza səs-küy və titrəmə
PLL-lər istənilən tezliyi sintez edə bilsə də, fraksiyalı tezlik bölgüsü son fazaya yaxın səs-küyü və təsadüfi titrəyi- əhəmiyyətli dərəcədə pisləşdirir. Yüksək{2}}sürətli optik modullar, millimetr-dalğa radarı və ya 5G cəbhəsi kimi tətbiqlər üçün daha sonra siqnal bütövlüyünün qeyri-kafi olmasının qarşısını almaq üçün faza səs-küyü spesifikasiyalarına cavab verən yerli tezliklərə malik kristal osilatorları birbaşa seçmək tövsiyə olunur.
Təqdimat vaxtı və dəyəri
Qeyri{0}}standart və ya fərdi tezliklər adətən uzun müddət tələb edir və yüksək mühəndislik xərclərinə səbəb olur. Tədqiqat və İnkişaf dövrünü qısaltmaq və BOM xərclərinə nəzarət etmək üçün məqbul performans limitləri daxilində sənaye standart tezliklərinə (məsələn, 25 MHz, 27 MHz, 40 MHz və 50 MHz kimi ümumi tam tezliklər, həmçinin bu məqalədə qeyd olunan standart fraksiya tezlikləri kimi) üstünlük verilməlidir.
Yerli Əvəzedicilərlə Uyğunluq
Hal-hazırda yerli kvars kristal osilator istehsalçıları ümumi istifadə olunan tam və fraksiya standart tezliklərin böyük əksəriyyətini əhatə edir. Cihazı seçərkən, ana nəzarətçi çipinin saat giriş tələbləri ilə uyğunluğu təmin etmək üçün təchizatın sabitliyinə, temperatur xüsusiyyətlərinə (məsələn, ±10 ppm və ±20 ppm) və yük tutumunun parametrlərinə diqqət yetirin.
- Praktik seçim tövsiyələri
Birinci,sistem saat məhdudiyyətlərini müəyyən edin: Bütün periferik qurğular (UART, I2S, SPI, Ethernet, USB, Video) tərəfindən tələb olunan dəqiq saat tezliklərini və onların icazə verilən xəta hədlərini sadalayın.
Kristal osilatorun əsas tezliyini əks istiqamətdə çıxarın:Mikrokontrolörün PLL-də quraşdırılmış-varsa, tam və ya aşağı -kəsrə bölünmə nisbətləri vasitəsilə hədəf tezlikləri yarada bilən istinad kristal osilatoru seçin. Bölmə nisbəti 100-dən az olan və məxrəci 2 olan tezliklərə üstünlük verin.
Bölmə xətasını yoxlayın: Bölmə xətasının periferik qurğular tərəfindən icazə verilən maksimum ötürmə sürətindən/seçmə sürətindən kənarlaşmadan az olub-olmadığını hesablayın (adətən < ±2%).
EMI riskini qiymətləndirin:Yüksək-tezlikli harmoniklərin spektral analizini həyata keçirin; lazım gələrsə, tam ədəd-sifariş harmonikasından yayınan tezlik nöqtəsini seçin.
Mövcudluğu və dəyəri nəzərə alın: Performans tələblərinə cavab verərkən, geniş bazar mövcudluğu və istehsal tələblərinə cavab verən qablaşdırma növü (məsələn, HC-49S, SMD 3.2 × 2.5 mm) olan modeli seçin.