Дизайн зарчмууд ба сонгоход анхаарах зүйлс Кристал осциллятор дахь бутархай давтамжийн хувьд
Техник хангамжийн цагны системийг зохион бүтээхдээ инженерүүд 11.0592 МГц, 3.579545 МГц, 19.6608 МГц гэх мэт "тогтмол бус" мэт санагдах болор осцилляторын давтамжтай тааралддаг. Аравтын бутархай бүрэлдэхүүнтэй эдгээр давтамжийг дур зоргоороо сонгоогүй, харин харилцаа холбооны протокол, давтамж{4}}хуваалтын хязгаарлалт, системийн-төвшний урвуу шаардлагад үндэслэсэн загварчлалын зайлшгүй үр дүн юм. Үндсэн зарчмуудаас эхлэн энэ нийтлэл нь бутархай давтамж үүсгэх логикийг шинжилж, бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг сонгох практик скрининг аргуудыг өгдөг.
- Бутархай давтамжийн цэгүүдийн дизайны үндсэн логик
Системийн цагийн эх үүсвэрийн хувьд болор осцилляторын давтамжийн сонголт нь доод урсгалын дижитал хэлхээний (PLL, хуваагч, цуваа холбоо гэх мэт) цаг хугацааны нарийн шаардлагад нийцүүлэн тохируулдаг. Бутархай давтамжийн цэгүүд үүсэх нь үндсэндээ дараах дөрвөн төрлийн дизайны хязгаарлалтаас үүдэлтэй.
1.Алдаа гаргахын тулд UART бүхэл тоонд дасан зохицож байна{1}}Цуваа дамжуулах хурдыг үнэгүй
Цуваа дамжуулах хурдыг системийн цагийг бүхэл тоогоор хуваах замаар дараах томъёогоор гаргана: Дамжуулах хурд=Цагийн давтамж / Хуваалтын хүчин зүйл
Стандарт дамжуулах хурдыг (9600, 19200 эсвэл 115200 bps гэх мэт) үнэн зөв үүсгэхийн тулд цагийн давтамжийг үлдэгдэлгүйгээр хуваагчаар хуваах ёстой. 1.8432 МГц давтамжийг жишээ болгон авч үзвэл, 16 дахин түүврийн хуваалтын дараа:
1.8432 МГц ÷ 16=115.2 кГц, энэ нь 115200 bps-тэй тэнцэнэ.
Үүний нэгэн адил 11.0592 МГц ба 19.6608 МГц нь 6 удаа, 10.666… үржүүлээд 1.8432 МГц байна (үнэндээ 11.0592=1.8432 × 6, 19.6608=1.8432 × 10.666… нь PLL шаарддаг), гэхдээ тэдгээрийг MCU5 гэж шууд давтамжтайгаар ашиглах нь илүү түгээмэл байдаг. микро{10}}хянагч, дотоод UART хуваагч нь хуваах замаар бүх стандарт дамжуулах хурдыг үүсгэх боломжийг олгодог. Хэрэв 20 МГц-ийн бүхэл тоон давтамжийг сонговол 115,200-д жигд хуваагдах боломжгүй бөгөөд энэ нь хуримтлагдсан алдааг үүсгэж, фреймийн алдаа эсвэл пакет алдагдахад хүргэдэг.
2.Хоёртын давтамжийг хуваах архитектурын дэмжлэг-цагны модны загварыг хялбаршуулдаг
20.48 МГц, 10.24 МГц, 5.12 МГц зэрэг давтамжийг 2ⁿ × 10 кГц (жишээ нь, 20.48 МГц=2048 × 10 кГц) гэж илэрхийлж болно. Хоёртын давтамжийг хуваах замаар эдгээр давтамжийг каскад болгосны дараа 10.24 МГц, 5.12 МГц, 2.56 МГц, 1.28 МГц гэх мэт цагийн дэд -домайнуудыг үүсгэж болно. Энэ арга нь -хоёртын тоологч эсвэл ээлжийн регистр ашиглан давтамжийн хуваалтыг хэрэгжүүлэхэд тохиромжтой бөгөөд үр дүнд нь сайн тодорхойлогдсон фазын хамаарал бүхий энгийн хэлхээний бүтцийг бий болгож, янз бүрийн давтамж{19}}хуваагдсан цагуудын хооронд тогтмол хугацааны хязгаарыг бий болгодог. Эдгээр давтамжийг үйлдвэрлэлийн DSP, PLC болон servo хөтчүүдэд үндсэн давтамж болгон ашигладаг.
3. Өндөр хурдны харилцаа холбоо, аудио/видео түүвэрлэлтийн стандартыг хангахын тулд PLL-ээр дамжуулан нийлэгжүүлсэн{1}}
Орчин үеийн SoC, оптик модулиуд болон видео процессорууд нь стандарт бүхэл тоон давтамжийг (25 МГц эсвэл 24 МГц гэх мэт) жишиг болгон ашигладаг PLL-г агуулдаг ба дараа нь бүхэл тоон хуваах, үржүүлэх эсвэл бутархай хуваах замаар тодорхой стандарт бус давтамжийг үүсгэдэг. Ердийн жишээнд:
74.25 МГц: 1080i болон 720p зэрэг форматуудад ашигладаг, SMPTE стандартаар тодорхойлсон өндөр{1}}тодорхойлолттой видео түүвэрлэх цаг;
33.1776 МГц: Аудио кодлогч болон өргөн зурвасын RF-ийн урд-төгсгүүдэд ихэвчлэн олддог; PLL-тэй ашиглах үед энэ нь 44.1 кГц эсвэл 48 кГц аудио түүвэрлэлтийн давтамжийг нарийн үүсгэж чаддаг;
25.000625 МГц: Зарим Ethernet PHY нь 1 Gbps шугамын хурдыг дэмжихийн тулд нарийн 125 МГц цуваа өгөгдлийн хурдыг үүсгэхийн тулд бутархай PLL-тэй 25 МГц цагийг ашигладаг (практикт 25 МГц-ийн бүхэл үржвэрийг ихэвчлэн ашигладаг гэдгийг анхаарна уу; үүнийг зөвхөн тайлбарлах зорилгоор өгсөн болно).
Бутархай давтамжийн хуваагдал нь детерминист жийргэвч болон хуурамч дохиог нэвтрүүлдэг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Фазын дуу чимээнд мэдрэмтгий хэрэглээний программуудын хувьд бүхэл тоон давтамжийн хуваалтаар шууд олж авах зорилтот давтамж эсвэл зохих тохируулагдсан давталтын зурвасын өргөнтэй-дуу чимээ багатай PLL-г ашиглахад давуу эрх олгох хэрэгтэй.
4.Үйлдвэрлэлийн түүхэн протоколууд болон EMC-ийн анхаарах зүйлсийг дагаж мөрдөх
Түүхэн протоколууд: USB 2.0 нь 48 МГц өндөр{2}}хурдны цагийг заадаг; Ethernet MAC нь 25 MHz эсвэл 125 MHz ашигладаг; болон бодит цагийн цаг (RTC) -32.768 кГц (2¹⁵ Гц) давтамжтайгаар ажилладаг. Стандартуудыг бий болгоход эдгээр давтамжийг тогтмолжуулж, улмаар бүх салбарын гинжин хэлхээнд нэвтрүүлж, де факто стандарт болсон.
Цахилгаан соронзон нийцтэй байдал (EMC): Бүхэл тоон давтамжуудын өндөр-хармоникууд нь тэжээлийн хангамж, RF эсвэл утасгүй холбооны зурвасуудтай давхцаж, хөндлөнгийн оролцоо үүсгэж болзошгүй. Бутархай бүрэлдэхүүн хэсэг бүхий осцилляторын давтамжийг сонгох нь гармоник энергийг сарниулах эсвэл шилжүүлэх боломжтой бөгөөд ингэснээр EMI эрсдлийг бууруулж, шүүлтүүр, хамгаалах зардлыг бууруулна.
- Кристал осцилляторыг сонгох бусад гол хүчин зүйлүүд
Сонголт хийхэд давтамжийн утгаас гадна дараахь инженерийн хүчин зүйлүүд адил чухал юм.
Фазын дуу чимээ ба чичиргээ
Хэдийгээр PLL нь ямар ч давтамжийг нэгтгэж чаддаг ч давтамжийн хуваалт нь төгсгөлийн фазын дуу чимээ болон санамсаргүй шуугианыг- мэдэгдэхүйц бууруулдаг. Өндөр{2}}хурдны оптик модуль, миллиметр-долгионы радар, эсвэл 5G урд талбар зэрэг хэрэглээний хувьд дараа нь дохионы бүрэн бүтэн байдлын хязгаараас зайлсхийхийн тулд фазын дуу чимээний үзүүлэлтийг хангасан эх давтамжтай болор осцилляторыг шууд сонгохыг зөвлөж байна.
Хүлээн авах хугацаа ба зардал
Стандарт бус эсвэл захиалгат давтамж- нь ихэвчлэн урт хугацаа шаарддаг бөгөөд инженерийн өндөр зардал шаарддаг. Гүйцэтгэлийн зөвшөөрөгдөх хязгаарын хүрээнд R&D мөчлөгийг богиносгох, Монголбанкны зардлыг хянахын тулд салбарын стандарт давтамжийг (25 МГц, 27 МГц, 40 МГц, 50 МГц зэрэг нийтлэг бүхэл тоон давтамжууд, мөн энэ зүйлд дурдсан стандарт бутархай давтамж зэрэг) - давуу эрх олгох хэрэгтэй.
Дотоодын орлуулагчтай нийцтэй байх
Одоогийн байдлаар дотоодын кварцын болор осциллятор үйлдвэрлэгчид өргөн хэрэглэгддэг бүхэл болон бутархай стандарт давтамжийн дийлэнх хувийг хамардаг. Төхөөрөмжийг сонгохдоо тэжээлийн тогтвортой байдал, температурын шинж чанар (±10 ppm ба ±20 ppm гэх мэт), ачааллын багтаамжийн параметрүүд дээр анхаарлаа төвлөрүүлж, хост хянагчийн чипийн цагны оролтын шаардлагад нийцэх хэрэгтэй.
- Сонголт хийх практик зөвлөмжүүд
Эхлээд,системийн цагийн хязгаарлалтыг тодорхойлох: Бүх дагалдах төхөөрөмжид (UART, I2S, SPI, Ethernet, USB, Видео) шаардагдах цагийн нарийн давтамж, тэдгээрийн зөвшөөрөгдөх алдааны хязгаарыг жагсаана уу.
Кристал осцилляторын үндсэн давтамжийг урвуу байдлаар гарга.Хэрэв микроконтроллер нь PLL-д суурилагдсан-болор бүхэл тоо эсвэл бага{1}}бутархай хуваах харьцаагаар зорилтот давтамжийг үүсгэх чадвартай лавлах болор осцилляторыг сонгоно уу. Хуваах харьцаа 100-аас бага, хуваагч нь 2-ын зэрэгтэй давтамжуудад давуу эрх олгоно.
Хуваалтын алдааг шалгана уу: Хуваалтын алдаа нь захын төхөөрөмжүүдийн зөвшөөрөгдсөн хамгийн их дамжуулах хурд/түүвэрлэлтийн хурдны хазайлтаас бага эсэхийг тооцоолно (ихэвчлэн < ±2%).
EMI эрсдлийг үнэлэх:Өндөр{0}}давтамжийн гармоникийн спектрийн шинжилгээ хийх; шаардлагатай бол бүхэл тоон-хармоникуудаас хазайсан давтамжийн цэгийг сонгоно уу.
Олдоц болон өртөгийг анхаарч үзээрэй: Гүйцэтгэлийн шаардлагад нийцэхийн зэрэгцээ үйлдвэрлэлийн шаардлагад нийцсэн зах зээл дээр хангалттай, багцын төрөл (жишээ нь, HC-49S, SMD 3.2 × 2.5 мм) бүхий загварыг сонго.