Hönnunarreglur og valsjónarmið fyrir brotatíðni í kristalsveiflum
Við hönnun vélbúnaðarklukkukerfa lenda verkfræðingar oft í flokki sem virðist "óreglulegri" kristalsveiflutíðni, eins og 11,0592 MHz, 3,579545 MHz og 19,6608 MHz. Þessar tíðnir með aukastöfum eru ekki valdar af geðþótta heldur eru þær óumflýjanleg afleiðing hönnunarsjónarmiða sem byggjast á samskiptareglum, tíðni-skiptingarþvingunum og kröfum um öfugar-kerfisstig. Byrjað er á grundvallarreglunum, greinir þessi grein rökfræðina á bak við myndun brotatíðna og veitir hagnýtar skimunaraðferðir fyrir val íhluta.
- Kjarnahönnunarrökfræði brotatíðnipunkta
Sem kerfisklukkugjafi er tíðnival kristalsveiflans alltaf sérsniðið til að uppfylla nákvæmar tímasetningarkröfur stafrænna rafrása (eins og PLL, deilir og raðsamskipti). Tilkoma brotatíðnipunkta stafar fyrst og fremst af eftirfarandi fjórum gerðum hönnunarþvingunar:
1. Aðlögun að UART heiltöludeild til að tryggja villu-ókeypis raðtölutíðni
Raðhraði er fenginn af kerfisklukkunni með heiltöludeild, samkvæmt eftirfarandi formúlu: Baudhraði=Klukkutíðni / Deilingarstuðull
Til að mynda nákvæmlega staðlaða flutningshraða (eins og 9600, 19200 eða 115200 bps) verður klukkutíðnin að vera deilanleg með deilandanum án afgangs. Tökum 1,8432 MHz sem dæmi, eftir 16-falda yfirsýnaskiptingu:
1,8432 MHz ÷ 16=115.2 kHz, sem jafngildir 115200 bps.
Á sama hátt eru 11,0592 MHz og 19,6608 MHz 6 sinnum og 10,666… sinnum 1,8432 MHz, í sömu röð (reyndar, 11.0592=1.8432 × 6, 19.6608=1.8432 × 10,666… krefst PLL), en það er algengara að nota þær beint eins og M5-klukkurnar örstýring{10}, sem gerir innri UART-skilanum kleift að búa til alla staðlaða flutningshraða með skiptingu. Ef heiltölutíðni 20 MHz er valin er ekki hægt að deila henni jafnt með 115.200, sem leiðir til uppsafnaðar villu og veldur rammavillum eða pakkatapi.
2. Stuðningur við tvíundartíðni-deildararkitektúr einfaldar hönnun klukkutrjáa
Tíðni eins og 20,48 MHz, 10,24 MHz og 5,12 MHz geta allar verið gefnar upp sem 2ⁿ × 10 kHz (td 20,48 MHz=2048 × 10 kHz). Eftir að þessi tíðni hefur verið skipt í gegnum tvíundartíðniskiptingu er hægt að búa til undir-klukkulén eins og 10,24 MHz, 5,12 MHz, 2,56 MHz, 1,28 MHz og svo framvegis. Þessi nálgun hentar vel-til að innleiða tíðniskiptingu með því að nota tvíundirteljara eða vaktaskrár, sem leiðir til einfaldrar hringrásarbyggingar með vel-skilgreindum fasatengslum og samræmdum tímamörkum milli hinna ýmsu tíðni-skipta klukka. Þessar tíðnir eru almennt notaðar sem grunntíðni í iðnaðar DSP, PLC og servódrifum.
3.Tilbúið með PLL til að uppfylla-háhraða samskipti og hljóð/mynd sýnatökustaðla
Nútíma SoCs, sjónrænar einingar og myndbandsörgjörvar eru með PLL, sem nota venjulega staðlaða heiltölutíðni (eins og 25 MHz eða 24 MHz) sem viðmiðun og mynda síðan sérstakar ó-staðlaðar tíðnir með heiltöludeild eða margföldun, eða brotadeild. Dæmigerð dæmi eru:
74,25 MHz: Há-myndatökuklukka skilgreind af SMPTE staðlinum, notuð fyrir snið eins og 1080i og 720p;
33,1776 MHz: Algengt að finna í hljóðmerkjamerkjum og breiðbands RF framenda-; þegar það er notað með PLL getur það nákvæmlega myndað 44,1 kHz eða 48 kHz hljóðsýnishraðafjölskyldur;
25,000625 MHz: Sumir Ethernet PHYs nota 25 MHz klukku með brota PLL til að búa til nákvæman 125 MHz raðgagnahraða til að styðja við 1 Gbps línuhraða (athugaðu að heiltölu margfeldi af 25 MHz eru almennt notuð í reynd; þetta er aðeins gefið hér til sýnis).
Það skal tekið fram að brotatíðniskipting kynnir ákveðinn titring og óviðráðanleg merki. Fyrir forrit sem eru næm fyrir fasahávaða ætti að gefa marktíðni sem hægt er að fá beint með heiltölutíðniskiptingu í forgang eða að nota lága-hávaða PLL með viðeigandi stilltri lykkjubandbreidd.
4.Fylgni við sögulegar samskiptareglur iðnaðarins og EMC-sjónarmið
Sögulegar samskiptareglur: USB 2.0 tilgreinir 48 MHz háhraðaklukku-; Ethernet MACs nota 25 MHz eða 125 MHz; og rauntímaklukkur (RTC) starfa á 32,768 kHz (2¹⁵ Hz). Þessar tíðnir voru fastar þegar staðlarnir voru settir og hafa síðan verið teknir upp í allri iðnaðarkeðjunni og urðu í raun staðlar.
Rafsegulsamhæfni (EMC): Hærri-röð harmonika heiltalnatíðni getur skarast við aflgjafa, RF eða þráðlausa fjarskiptabönd, sem getur valdið truflunum. Með því að velja sveiflutíðni með brotaþætti er hægt að dreifa eða breyta harmoniskri orku og þar með draga úr EMI áhættu og lækka kostnað við síun og hlífðarvörn.
- Aðrir lykilþættir í vali á kristalsveiflu
Til viðbótar við tíðnigildið eru eftirfarandi verkfræðilegir þættir jafn mikilvægir fyrir val:
Fasa hávaði og skjálfti
Þrátt fyrir að PLLs geti búið til hvaða tíðni sem er, dregur brotatíðniskipting verulega úr nær-endafasa hávaða og tilviljunarkennd titring. Fyrir forrit eins og háhraða ljóseiningar, millimetra-bylgjuratsjá eða 5G fronthaul, er mælt með því að velja beint kristalsveifla með innfæddri tíðni sem uppfylla forskriftir um fassuð til að forðast ófullnægjandi merkiheilleikamörk síðar.
Afgreiðslutími og kostnaður
Ó-venjulegar tíðnir eða sérsniðnar tíðnir þurfa venjulega langan afgreiðslutíma og hafa mikinn verkfræðikostnað í för með sér. Innan viðunandi marka fyrir frammistöðu ætti að gefa stöðluðum tíðnum í iðnaði-forgang (svo sem algengar heiltölutíðnir eins og 25 MHz, 27 MHz, 40 MHz og 50 MHz, sem og staðlaðar brotatíðnir sem nefnd eru í þessari grein) til að stytta R&D hringrásina og stjórna uppskriftarkostnaði.
Samhæfni við innlenda staðgengla
Eins og er, ná innlendir kvars kristal oscillator framleiðendur yfir miklum meirihluta almennt notaðra heiltölu og brota staðlaðra tíðna. Þegar þú velur tæki skaltu einbeita þér að framboðsstöðugleika, hitaeiginleikum (svo sem ±10 ppm og ±20 ppm) og hleðslurýmdum til að tryggja samhæfni við inntakskröfur klukkunnar á hýsilstýringarflögunni.
- Hagnýtar ráðleggingar um val
Í fyrsta lagi,ákvarða kerfisklukkutakmarkanir: Skráðu nákvæmar klukkutíðni sem krafist er af öllum jaðartækjum (UART, I2S, SPI, Ethernet, USB, Video) og leyfilegar villumörk þeirra.
Leiddu grunntíðni kristalsveiflunnar öfugt:Ef örstýringin er með innbyggða-PLL skaltu velja viðmiðunarkristalsveiflu sem getur myndað marktíðnina með heiltölu eða lágu-hlutfalli. Gefðu forgangi til tíðna með deilingarhlutfalli minna en 100 og nefnara sem er 2 veldi.
Staðfestu skiptingarvilluna: Reiknaðu út hvort deilingarvillan sé minni en hámarksfrávik flutningshraða/sýnatökuhraða sem jaðartæki leyfa (venjulega < ±2%).
Metið EMI áhættu:Framkvæma litrófsgreiningu á hátíðni-harmoníkum; ef nauðsyn krefur, veldu tíðnipunkt sem víkur frá heiltölu-röð harmonikum.
Íhugaðu framboð og kostnað: Þó að þú uppfyllir kröfur um frammistöðu skaltu velja gerð með nægu framboði á markaði og pakkategund (td HC-49S, SMD 3,2 × 2,5 mm) sem uppfyllir framleiðslukröfur.