Частота генератора тактовых импульсов измеряется в: Генератор тактовых импульсов — Wikiwand

Содержание

Генератор тактовой частоты процессора

Генератор тактовых импульсов (генератор тактовой частоты) предназначен для синхронизации различных процессов в цифровых устройствах — ЭВМ, электронных часах, таймерах и других. Он вырабатывает электрические импульсы (обычно прямоугольной формы) заданной частоты, которая часто используется как эталонная — считая количество импульсов, можно, например, измерять временные интервалы.

В микропроцессорной технике один тактовый импульс, как правило, соответствует одной атомарной операции. Обработка одной инструкции может производиться за один или несколько тактов работы микропроцессора, в зависимости от архитектуры и типа инструкции. Частота тактовых импульсов определяет скорость вычислений.

Содержание

Типы генераторов [ править | править код ]

В зависимости от сложности устройства, используют разные виды генераторов.

Классический [ править | править код ]

В несложных конструкциях, не критичных к стабильности тактового генератора, часто используется последовательное включение нескольких инверторов через RC-цепь. Частота колебаний зависит от номиналов резистора и конденсатора. Основной недостаток данной конструкции — низкая стабильность, достоинство — предельная простота.

Кварцевый [ править | править код ]

Кварц + микросхема генерации [ править | править код ]

Микросхема генерации при подключении к её входам кварцевого резонатора будет выдавать на остальных выводах частоту, делённую или умноженную на исходную. Такой способ используется в часах, а также на старых материнских платах (где частоты шин были заранее известны, только внутренняя частота центрального процессора умножалась).

Для построения тактового генератора не требуется никакая специальная микросхема.

Программируемая микросхема генерации [ править | править код ]

В современных материнских платах необходимо большое количество разных частот, помимо опорной частоты системной шины, которые, по возможности, не должны быть зависимы друг от друга. Хотя базовая частота всё же формируется кварцевым резонатором, она необходима лишь для работы самой микросхемы. Выходные же частоты корректируются самой микросхемой. Например, частота периферийной шины AGP может быть всегда равна стандартной (66 МГц) и не зависеть от частоты системной шины процессора.

Если в электронной схеме необходимо разделить частоту на 2, используют Т-триггер в режиме счётчика импульсов. Соответственно, для увеличения делителя увеличивают количество счётчиков (триггеров).

Тактовый генератор [ править | править код ]

Тактовый генератор — автогенератор, формирующий рабочие такты процессора («частоту»). В некоторых микропроцессорах и микроконтроллерах выполняется встроенным.

Кроме тактирования процессора, в обязанности тактового генератора входит организация циклов системной шины. Поэтому его работа часто тесно связана с циклами обновления памяти, контроллером ПДП и дешифратором сигналов состояния процессора.

Тактовый генератор – электронная схема, производящая тактовый сигнал для синхронизации работы цифровых схем. Такой сигнал может иметь любую форму: и простую прямоугольную, и более сложную. Основными элементами генератора являются резонансная схема и усилитель.

В электронике, в особенности в синхронных цифровых сетях, тактовый сигнал – это сигнал, имеющий постоянную частоту, два устойчивых состояния (верхнее и нижнее), предназначенных для согласования работы цифровых схем.

Тактовые сигналы создаются тактовыми генераторами. Наиболее распространенной формой тактового сигнала является меандр (сигнал с рабочим циклом 50%). Рабочий цикл – отношение длительности к периоду импульса. Другими словами, это часть периода, в течение которой сигнал активен.

Схемы, использующие тактовые сигналы, могут становиться активными во время переднего фронта, заднего фронта, или, в случае удвоенной скорости передачи данных, переднего и заднего фронтов импульса.

Источником тактовых колебаний является кварцевый кристалл, расположенный в оловянном корпусе. При подаче на кварцевую пластинку напряжения, он начинает совершать механические колебания. Под действием пьезоэлектрического эффекта на электродах кристалла наводится ЭДС. Колебания электротока следуют на генератор, который, собственно, и преобразует их в импульсы.

Генератор тактовых импульсов для компьютера

В компьютере генератор отвечает за синхронную работу всех его устройств: процессора, оперативной памяти, шин данных. Работу процессора при этом можно сравнить с работой часов. Исполнение инструкции центральным процессором осуществляется за определенное число тактов. Точно также функционируют и часы. Такты в механических часах определяются колебаниями маятника.

Производительность процессора напрямую зависит от частоты тактов. Чем больше частота тактов, тем больше инструкций процессор способен выполнить за определенный промежуток времени. Одна команда или инструкция может выполняться процессором за часть такта или за несколько сотен тактов. Общая тенденция современного развития компьютерной техники заключается в снижении количества тактов, выделяемых для выполнения одной простейшей инструкции.

Оверклокинг

Особый интерес тактовый генератор процессора представляет для оверклокеров. К оверклокерам относят специалистов в области компьютерных технологий и просто любителей, стремящихся повысить производительность своей техники. В настоящее время оверклокинг доступен даже простым пользователям. Для изменения настроек компонентов компьютера иногда достаточно просто зайти в BIOS.

Прежде всего необходимо ответить на вопрос: за счет чего будет повышаться производительность? Здесь все очень просто. Производители компьютерных комплектующих для повышения надежности своих компонентов закладывают в них технологический запас. Именно этот запас и привлекает любителей выжать максимум из своего компьютера.

Одним из способов разгона компьютера будет замена кварцевого резонатора на кристалл, имеющий более высокую частоту. Или, например, можно убрать дополнительные элементы в виде делителей частоты из схемы генератора.

В современных компьютерах генераторы, как правило, реализуются на одной интегральной схеме. Значения тактовой частоты и множителя процессора, как уже было отмечено выше, можно изменить непосредственно из BIOS.

Начинающие оверклокеры нередко задаются вопросом, как определить модель тактового генератора. Программными средствами это сделать невозможно. Остается только открывать системный блок и искать генератор визуально.

С другой стороны, программным способом определяется модель материнской платы (AIDA64, Everest и другие). Затем для данной модели ищется подробная инструкция, а в ней вполне возможно будет найти информацию о названии генератора. А как узнать для тактового генератора значение тактовой частоты, установленное по умолчанию, и значение после разгона? Эти сведения также можно почерпнуть из инструкции для материнской платы.

Основные элементы

В качестве резонансной схемы генератора часто выступает кварцевый пьезо-электрический возбудитель. В то же время могут использоваться более простые схемы параллельного резонансного контура и RC-цепь (схема состоящая из конденсатора и резистора).

Генератор может иметь дополнительные схемы для изменения основного сигнала. Так процессор 8088 использует только две трети от рабочего цикла тактового сигнала. Это требует наличия в генераторе тактовых импульсов. И встроенной логической схемы для преобразования рабочего цикла.

По мере усложнения формы выходного синхросигнала в схеме генератора тактовых импульсов могут использоваться смеситель, делитель или умножитель частоты. Смеситель частоты генерирует сигнал, частота которого равна сумме или разности двух частот входных сигналов.

Схема фазовой автоподстройки частоты

Многие устройства используют схемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) для сравнения фазы сигнала с выхода генератора с фазой частоты и регулировки частоты генератора таким образом, чтобы значения фаз совпали.

На рисунке приведена схема фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Устройство сравнения фаз (компаратор) имеет 2 входа и 1 выход. В качестве входных сигналов используется сигнал от задающего генератора (сигнал на входе схемы ФАПЧ) и сигнал с выхода генератора, управляемого напряжением (ГУН). Компаратор сравнивает фазы двух сигналов и формирует сигнал ошибки, который следует на фильтр нижних частот (ФНЧ), а с него – на ГУН, управляя его частотой.

Виды тактовых генераторов

1. Генераторы общего назначения

Генераторы общего назначения, как правило, используют схемы ФАПЧ для генерирования выходных сигналов из общей входной частоты. Они для получения опорной частоты используют простые недорогие кварцевые кристаллы. Из сигнала опорной частоты они генерируют выходные тактовые сигналы с низким уровнем дрожания фронта сигнала.

2. Программируемые генераторы

Позволяют изменять коэффициент, используемый делителем или умножителем. Благодаря этому можно выбрать любую из множества выходных частот без изменения аппаратной части.

Это тактовый генератор, используемый сетями поставщиков услуг часто в виде встроенного источника сигналов (BITS) для центрального офиса.

Цифровые коммутационные системы и некоторые системы передачи (например, системы синхронной цифровой иерархии SONET) зависят от надежной высококачественной синхронизации.

Чтобы обеспечить такое состояние, большинство поставщиков услуг применяют схемы распределения сигналов синхронизации между офисами и реализуют концепцию BITS для обеспечения синхронизации внутри офиса.

На вход генератора тактовой частоты поступают входные сигналы синхронизации, а из выхода следуют выходные сигналы синхронизации. В качестве входных опорных сигналов могут выступать сигналы синхронизации DS-1 или CC (составные сигналы), выходными сигналами также могут быть сигналы DS-1 или CC.

  • входной интерфейс синхронизации, принимающий входные сигналы DS-1 или CC;
  • схема генерирования синхросигналов, которая создает синхросигналы, используемые схемой распределения выходной схемой распределения сигналов;
  • выходная схема распределения сигналов синхронизации, создающая множество сигналов DS-1 и CC;
  • схема контроля характеристик, предназначенная для контроля параметров синхронизации входных сигналов;
  • интерфейс аварийной сигнализации, подсоединенный к системе управления аварийной сигнализацией центрального офиса;
  • служебный интерфейс, предназначенный для использования местным обслуживающим персоналом и поддерживающий связь с удаленными служебными системами.

Тактовый генератор – электронная схема, производящая тактовый сигнал для синхронизации работы цифровых схем. Такой сигнал может иметь любую форму: и простую прямоугольную, и более сложную. Основными элементами генератора являются резонансная схема и усилитель.

В электронике, в особенности в синхронных цифровых сетях, тактовый сигнал – это сигнал, имеющий постоянную частоту, два устойчивых состояния (верхнее и нижнее), предназначенных для согласования работы цифровых схем.

Тактовые сигналы создаются тактовыми генераторами. Наиболее распространенной формой тактового сигнала является меандр (сигнал с рабочим циклом 50%). Рабочий цикл – отношение длительности к периоду импульса. Другими словами, это часть периода, в течение которой сигнал активен.

Схемы, использующие тактовые сигналы, могут становиться активными во время переднего фронта, заднего фронта, или, в случае удвоенной скорости передачи данных, переднего и заднего фронтов импульса.

Источником тактовых колебаний является кварцевый кристалл, расположенный в оловянном корпусе. При подаче на кварцевую пластинку напряжения, он начинает совершать механические колебания. Под действием пьезоэлектрического эффекта на электродах кристалла наводится ЭДС. Колебания электротока следуют на генератор, который, собственно, и преобразует их в импульсы.

Генератор тактовых импульсов для компьютера

В компьютере генератор отвечает за синхронную работу всех его устройств: процессора, оперативной памяти, шин данных. Работу процессора при этом можно сравнить с работой часов. Исполнение инструкции центральным процессором осуществляется за определенное число тактов. Точно также функционируют и часы. Такты в механических часах определяются колебаниями маятника.

Производительность процессора напрямую зависит от частоты тактов. Чем больше частота тактов, тем больше инструкций процессор способен выполнить за определенный промежуток времени. Одна команда или инструкция может выполняться процессором за часть такта или за несколько сотен тактов. Общая тенденция современного развития компьютерной техники заключается в снижении количества тактов, выделяемых для выполнения одной простейшей инструкции.

Оверклокинг

Особый интерес тактовый генератор процессора представляет для оверклокеров. К оверклокерам относят специалистов в области компьютерных технологий и просто любителей, стремящихся повысить производительность своей техники. В настоящее время оверклокинг доступен даже простым пользователям. Для изменения настроек компонентов компьютера иногда достаточно просто зайти в BIOS.

Прежде всего необходимо ответить на вопрос: за счет чего будет повышаться производительность? Здесь все очень просто. Производители компьютерных комплектующих для повышения надежности своих компонентов закладывают в них технологический запас. Именно этот запас и привлекает любителей выжать максимум из своего компьютера.

Одним из способов разгона компьютера будет замена кварцевого резонатора на кристалл, имеющий более высокую частоту. Или, например, можно убрать дополнительные элементы в виде делителей частоты из схемы генератора.

В современных компьютерах генераторы, как правило, реализуются на одной интегральной схеме. Значения тактовой частоты и множителя процессора, как уже было отмечено выше, можно изменить непосредственно из BIOS.

Начинающие оверклокеры нередко задаются вопросом, как определить модель тактового генератора. Программными средствами это сделать невозможно. Остается только открывать системный блок и искать генератор визуально.

С другой стороны, программным способом определяется модель материнской платы (AIDA64, Everest и другие). Затем для данной модели ищется подробная инструкция, а в ней вполне возможно будет найти информацию о названии генератора. А как узнать для тактового генератора значение тактовой частоты, установленное по умолчанию, и значение после разгона? Эти сведения также можно почерпнуть из инструкции для материнской платы.

Основные элементы

В качестве резонансной схемы генератора часто выступает кварцевый пьезо-электрический возбудитель. В то же время могут использоваться более простые схемы параллельного резонансного контура и RC-цепь (схема состоящая из конденсатора и резистора).

Генератор может иметь дополнительные схемы для изменения основного сигнала. Так процессор 8088 использует только две трети от рабочего цикла тактового сигнала. Это требует наличия в генераторе тактовых импульсов. И встроенной логической схемы для преобразования рабочего цикла.

По мере усложнения формы выходного синхросигнала в схеме генератора тактовых импульсов могут использоваться смеситель, делитель или умножитель частоты. Смеситель частоты генерирует сигнал, частота которого равна сумме или разности двух частот входных сигналов.

Схема фазовой автоподстройки частоты

Многие устройства используют схемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) для сравнения фазы сигнала с выхода генератора с фазой частоты и регулировки частоты генератора таким образом, чтобы значения фаз совпали.

На рисунке приведена схема фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Устройство сравнения фаз (компаратор) имеет 2 входа и 1 выход. В качестве входных сигналов используется сигнал от задающего генератора (сигнал на входе схемы ФАПЧ) и сигнал с выхода генератора, управляемого напряжением (ГУН). Компаратор сравнивает фазы двух сигналов и формирует сигнал ошибки, который следует на фильтр нижних частот (ФНЧ), а с него – на ГУН, управляя его частотой.

Виды тактовых генераторов

1. Генераторы общего назначения

Генераторы общего назначения, как правило, используют схемы ФАПЧ для генерирования выходных сигналов из общей входной частоты. Они для получения опорной частоты используют простые недорогие кварцевые кристаллы. Из сигнала опорной частоты они генерируют выходные тактовые сигналы с низким уровнем дрожания фронта сигнала.

2. Программируемые генераторы

Позволяют изменять коэффициент, используемый делителем или умножителем. Благодаря этому можно выбрать любую из множества выходных частот без изменения аппаратной части.

Это тактовый генератор, используемый сетями поставщиков услуг часто в виде встроенного источника сигналов (BITS) для центрального офиса.

Цифровые коммутационные системы и некоторые системы передачи (например, системы синхронной цифровой иерархии SONET) зависят от надежной высококачественной синхронизации. Чтобы обеспечить такое состояние, большинство поставщиков услуг применяют схемы распределения сигналов синхронизации между офисами и реализуют концепцию BITS для обеспечения синхронизации внутри офиса.

На вход генератора тактовой частоты поступают входные сигналы синхронизации, а из выхода следуют выходные сигналы синхронизации. В качестве входных опорных сигналов могут выступать сигналы синхронизации DS-1 или CC (составные сигналы), выходными сигналами также могут быть сигналы DS-1 или CC.

  • входной интерфейс синхронизации, принимающий входные сигналы DS-1 или CC;
  • схема генерирования синхросигналов, которая создает синхросигналы, используемые схемой распределения выходной схемой распределения сигналов;
  • выходная схема распределения сигналов синхронизации, создающая множество сигналов DS-1 и CC;
  • схема контроля характеристик, предназначенная для контроля параметров синхронизации входных сигналов;
  • интерфейс аварийной сигнализации, подсоединенный к системе управления аварийной сигнализацией центрального офиса;
  • служебный интерфейс, предназначенный для использования местным обслуживающим персоналом и поддерживающий связь с удаленными служебными системами.

Генератор тактовых импульсов

Генератор тактовой частоты(генератор тактовых импульсов) генерирует электрические импульсы заданной частоты (обычно прямоугольной формы) для синхронизации различных процессов в цифровых устройствах —ЭВМ,электронных часахитаймерах, микропроцессорной и другойцифровой технике. Тактовые импульсы часто используются как эталонная частота — считая их количество, можно, например, измерять временные интервалы.

В микропроцессорной технике один тактовый импульс, как правило, соответствует одной атомарной операции. Обработка одной инструкции может производиться за один или несколько тактов работы микропроцессора, в зависимости от архитектуры и типа инструкции. Частота тактовых импульсов определяет скорость вычислений.

[править] Типы генераторов

В зависимости от сложности устройства, используют разные типы генераторов.

[править] Классический

В несложных конструкциях, не критичных к стабильности тактового генератора, часто используется последовательное включение нескольких инверторов через RC-цепь. Частота колебаний зависит от номиналов резистора и конденсатора. Основной минус данной конструкции — низкая стабильность. Плюс — предельная простота.

[править] Кварцевый

Генератор Пирса.

[править] Кварц + микросхема генерации

Микросхема генерации представляет собой специальную микросхему, которая при подаче на её входную ногу сигнала с кварцевого резонатора

будет выдавать на остальных выводах частоту, делённую или умноженную на исходную. Данное решение используется в часах, а также на старых материнских платах (где частоты шин были заранее известны, только внутренняя частота центрального процессора умножалась коэффициентом умножения).

[править] Программируемая микросхема генерации

В современных материнских платах необходимо большое количество разных частот, помимо опорной частоты системной шины, которые, по возможности, не должны быть зависимы друг от друга. Хотя базовая частота всё же формируется кварцевым резонатором (частота — 14,3 МГц), она необходима лишь для работы самой микросхемы. Выходные же частоты корректируются самой микросхемой. Например, частота системной шины может быть всегда равна стандартным 33 МГц, AGP — 66 МГц и не зависеть от частотыFSBпроцессора.

Если в электронной схеме необходимо разделить частоту на 2 используют Т-триггерв режимесчётчикаимпульсов. Соответственно, для увеличения делителя увеличивают количество счётчиков (триггеров).

[править] Тактовый генератор

Тактовый генератор — автогенератор, формирующий рабочие тактыпроцессора(«частоту»). В некоторых процессорах (например,Z80) выполняется встроенным.

Кроме тактовки процессора в обязанности тактового генератора входит организация циклов системной шины. Поэтому его работа часто тесно связана с циклами обновления памяти, контроллером ПДП идешифраторомсигналов состояния процессора.

Кварцевый резонатор,кварц— прибор, в которомпьезоэлектрический эффекти явлениемеханического резонансаиспользуются для построения

высокодобротногорезонансного элемента электронной схемы.

Несмотря на то, что вместо кварцачасто используются и другиепьезоэлектрики, например, керамика (Crystal oscillator), прилагательное «кварцевый» является общеупотребительным для всех таких устройств.

Принцип действия

Обозначение кварцевого резонатора на принципиальной электрической схеме

Кварцевые резонаторы на 27,14 МГц и 32768 Гц

Кварцевый резонатор извлечён из корпуса. Видно золочение противоположных плоскостей пластинки.

На пластинку, кольцо или брусок, вырезанные из кристалла кварца определённым образом, нанесены 2 и более электродов — проводящие полоски.

Пластинка закреплена и имеет собственную резонансную частоту механических колебаний.

При подаче напряжения на электроды благодаря пьезоэлектрическому эффекту происходит изгибание, сжатие или сдвиг в зависимости от того, каким образом вырезан кусок кристалла.

Однако колеблющаяся пластинка в результате того же пьезоэлектрического эффекта создаёт во внешней цепи противо-ЭДС, что можно рассматривать как явление, эквивалентное работе катушки индуктивностивколебательном контуре.

Если частота подаваемого напряжения равна или близка к частоте собственных механических колебаний пластинки, затраты энергии на поддержание колебаний пластинки оказываются намного ниже, нежели при большом отличии частоты. Это тоже соответствует поведению колебательного контура.

Эквивалентная схема

История

Пьезоэлектрический эффект был впервые открыт братьями ЖакомиПьером Кюри.Поль Ланжевенвпервые использовал этот эффект в часовом резонаторегидролокаторапередпервой мировой войной. Первыйкристальныйрезонатор, работающий насегнетовой соли, был изготовлен в 1917 году и запатентован в 1918 году Александром М. Николсоном (Alexander M. Nicholson) из компанииBell Telephone Laboratories, хотя это оспаривалось Уолтером Гейтоном Кэди (Walter Guyton Cady), который изготовилкварцевыйрезонатор в 1921 году. Некоторые улучшения в кварцевые резонаторы вводились позжеЛьюисом Эссеном(Louis Essen) и Джорджом Вашингтоном Пирсом (George Washington Pierce).

Первые стабильные по частоте кварцевые резонаторы были разработаны в 1920—30-х годах. Начиная с 1926 года, кварцевые резонаторы на радиостанциях использовались в качестве задающих несущую частоту элементов. В то же время резко возросло количество компаний, начавших выпускать кварцевые резонаторы; только до 1939 года в США было выпущено более чем 100 000 ед.

[править] Применение

Одним из самых популярных видов резонаторов являются резонаторы, применяемые в часовых схемах. Резонансная частота часовых резонаторов 32768 Гц, поделённая на 15-разрядном двоичном счётчике, даёт интервал времени в 1 секунду.

Применяются в генераторах с фиксированной частотой, где необходима высокая стабильность частоты. В частности, в опорных генераторах синтезаторов частот и в трансиверных радиостанциях для формирования DSB-сигнала на промежуточной частоте и детектирования SSB или телеграфного сигнала.

Также применяются в кварцевых полосовых фильтрах промежуточной частоты супергетеродинных приёмников. Такие фильтры могут выполняться по лестничной или дифференциальной схеме и отличаются очень высокой добротностью и стабильностью по сравнению с LC-фильтрами.

По типу корпуса кварцевые резонаторы могут быть выводные для объёмного монтажа (стандартные и цилиндрические) и для поверхностного монтажа(SMD).

Качество схемы, в которую входят кварцевые резонаторы, определяют такие параметры, как допуск по частоте (отклонение частоты), стабильность частоты, нагрузочная ёмкость, старение.

[править] Преимущества перед другим решениями

  • Достижение намного больших значений добротности (104−106) эквивалентного колебательного контура, нежели любым другим способом.

  • Малые размеры устройства (вплоть до долей мм).

  • Большая температурная стабильность.

  • Большая долговечность.

  • Лучшая технологичность.

  • Построение качественных каскадных фильтров без необходимости их ручной настройки.

[править] Недостатки

Генератор тактовых импульсов

Вызов:


Википедия

Октябрь 29, 2021

Генератор тактовых импульсов (генератор тактовой частоты) предназначен для синхронизации различных процессов в цифровых устройствах — ЭВМ, электронных часах, таймерах и других. Он вырабатывает электрические импульсы (обычно прямоугольной формы) заданной частоты, которая часто используется как эталонная — считая количество импульсов, можно, например, измерять временные интервалы.

Тактовый генератор персонального компьютера, основанный на чипе ICS 952018AF и резонаторе частотой 14,3 МГц

У этого термина существуют и другие значения, см. Генератор.

В микропроцессорной технике один тактовый импульс, как правило, соответствует одной атомарной операции. Обработка одной инструкции может производиться за один или несколько тактов работы микропроцессора, в зависимости от архитектуры и типа инструкции. Частота тактовых импульсов определяет скорость вычислений.

Содержание

  • 1Типы генераторов
    • 1.1Классический
    • 1.2Кварцевый
    • 1.3Кварц + микросхема генерации
    • 1.4Программируемая микросхема генерации
    • 1.5Тактовый генератор
  • 2См. также

В зависимости от сложности устройства, используют разные виды генераторов.

Микросхема синтезатора частот в ноутбуке. Используется для получения разных тактовых импульсов на основе опорного генератора тактовых импульсов

Классический

В несложных конструкциях, не критичных к стабильности тактового генератора, часто используется последовательное включение нескольких инверторов через RC-цепь. Частота колебаний зависит от номиналов резистора и конденсатора. Основной недостаток данной конструкции — низкая стабильность, достоинство — предельная простота.

Кварцевый

Пример — генератор Пирса.

Кварц + микросхема генерации

Микросхема генерации при подключении к её входам кварцевого резонатора будет выдавать на остальных выводах частоту, делённую или умноженную на исходную. Такой способ используется в часах, а также на старых материнских платах (где частоты шин были заранее известны, только внутренняя частота центрального процессора умножалась).

Для построения тактового генератора не требуется никакая специальная микросхема.

Программируемая микросхема генерации

В современных материнских платах необходимо большое количество разных частот, помимо опорной частоты системной шины, которые, по возможности, не должны быть зависимы друг от друга. Хотя базовая частота всё же формируется кварцевым резонатором, она необходима лишь для работы самой микросхемы. Выходные же частоты корректируются самой микросхемой. Например, частота периферийной шины AGP может быть всегда равна стандартной (66 МГц) и не зависеть от частоты системной шины процессора.

Если в электронной схеме необходимо разделить частоту на 2, используют Т-триггер в режиме счётчика импульсов. Соответственно, для увеличения делителя увеличивают количество счётчиков (триггеров).

Тактовый генератор

Тактовый генератор — автогенератор, формирующий рабочие такты процессора («частоту»). В некоторых микропроцессорах и микроконтроллерах выполняется встроенным.

Кроме тактирования процессора, в обязанности тактового генератора входит организация циклов системной шины. Поэтому его работа часто тесно связана с циклами обновления памяти, контроллером ПДП и дешифратором сигналов состояния процессора.

  • Кварцевый генератор
  • Блокинг-генератор
  • Генератор (электроника)
  • Автогенератор

Для улучшения этой статьи желательно:

  • Найти и оформить в виде сносок ссылки на независимые авторитетные источники, подтверждающие написанное.
  • Проставив сноски, внести более точные указания на источники.

Пожалуйста, после исправления проблемы исключите её из списка параметров. После устранения всех недостатков этот шаблон может быть удалён любым участником.

Генератор, тактовых, импульсов, Язык, Следить, Править, генератор, тактовой, частоты, предназначен, для, синхронизации, различных, процессов, цифровых, устройствах, ЭВМ, электронных, часах, таймерах, других, Он, вырабатывает, электрические, импульсы, обычно, п. Generator taktovyh impulsov Yazyk Sledit Pravit Generator taktovyh impulsov generator taktovoj chastoty prednaznachen dlya sinhronizacii razlichnyh processov v cifrovyh ustrojstvah EVM elektronnyh chasah tajmerah i drugih On vyrabatyvaet elektricheskie impulsy obychno pryamougolnoj formy zadannoj chastoty kotoraya chasto ispolzuetsya kak etalonnaya schitaya kolichestvo impulsov mozhno naprimer izmeryat vremennye intervaly Taktovyj generator personalnogo kompyutera osnovannyj na chipe ICS 952018AF i rezonatore chastotoj 14 3 MGc U etogo termina sushestvuyut i drugie znacheniya sm Generator V mikroprocessornoj tehnike odin taktovyj impuls kak pravilo sootvetstvuet odnoj atomarnoj operacii Obrabotka odnoj instrukcii mozhet proizvoditsya za odin ili neskolko taktov raboty mikroprocessora v zavisimosti ot arhitektury i tipa instrukcii Chastota taktovyh impulsov opredelyaet skorost vychislenij Soderzhanie 1 Tipy generatorov 1 1 Klassicheskij 1 2 Kvarcevyj 1 3 Kvarc mikroshema generacii 1 4 Programmiruemaya mikroshema generacii 1 5 Taktovyj generator 2 Sm takzheTipy generatorov PravitV zavisimosti ot slozhnosti ustrojstva ispolzuyut raznye vidy generatorov Mikroshema sintezatora chastot v noutbuke Ispolzuetsya dlya polucheniya raznyh taktovyh impulsov na osnove opornogo generatora taktovyh impulsov Klassicheskij Pravit V neslozhnyh konstrukciyah ne kritichnyh k stabilnosti taktovogo generatora chasto ispolzuetsya posledovatelnoe vklyuchenie neskolkih invertorov cherez RC cep Chastota kolebanij zavisit ot nominalov rezistora i kondensatora Osnovnoj nedostatok dannoj konstrukcii nizkaya stabilnost dostoinstvo predelnaya prostota Kvarcevyj Pravit Primer generator Pirsa Kvarc mikroshema generacii Pravit Mikroshema generacii pri podklyuchenii k eyo vhodam kvarcevogo rezonatora budet vydavat na ostalnyh vyvodah chastotu delyonnuyu ili umnozhennuyu na ishodnuyu Takoj sposob ispolzuetsya v chasah a takzhe na staryh materinskih platah gde chastoty shin byli zaranee izvestny tolko vnutrennyaya chastota centralnogo processora umnozhalas Dlya postroeniya taktovogo generatora ne trebuetsya nikakaya specialnaya mikroshema Programmiruemaya mikroshema generacii Pravit V sovremennyh materinskih platah neobhodimo bolshoe kolichestvo raznyh chastot pomimo opornoj chastoty sistemnoj shiny kotorye po vozmozhnosti ne dolzhny byt zavisimy drug ot druga Hotya bazovaya chastota vsyo zhe formiruetsya kvarcevym rezonatorom ona neobhodima lish dlya raboty samoj mikroshemy Vyhodnye zhe chastoty korrektiruyutsya samoj mikroshemoj Naprimer chastota periferijnoj shiny AGP mozhet byt vsegda ravna standartnoj 66 MGc i ne zaviset ot chastoty sistemnoj shiny processora Esli v elektronnoj sheme neobhodimo razdelit chastotu na 2 ispolzuyut T trigger v rezhime schyotchika impulsov Sootvetstvenno dlya uvelicheniya delitelya uvelichivayut kolichestvo schyotchikov triggerov Taktovyj generator Pravit Taktovyj generator avtogenerator formiruyushij rabochie takty processora chastotu V nekotoryh mikroprocessorah i mikrokontrollerah vypolnyaetsya vstroennym Krome taktirovaniya processora v obyazannosti taktovogo generatora vhodit organizaciya ciklov sistemnoj shiny Poetomu ego rabota chasto tesno svyazana s ciklami obnovleniya pamyati kontrollerom PDP i deshifratorom signalov sostoyaniya processora Sm takzhe PravitKvarcevyj generator Bloking generator Generator elektronika AvtogeneratorDlya uluchsheniya etoj stati zhelatelno Najti i oformit v vide snosok ssylki na nezavisimye avtoritetnye istochniki podtverzhdayushie napisannoe Prostaviv snoski vnesti bolee tochnye ukazaniya na istochniki Pozhalujsta posle ispravleniya problemy isklyuchite eyo iz spiska parametrov Posle ustraneniya vseh nedostatkov etot shablon mozhet byt udalyon lyubym uchastnikom Istochnik https ru wikipedia org w index php title Generator taktovyh impulsov amp oldid 105442094, Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите,

истории

, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, секс, порно, скачать, скачать, sex, seks, porn, porno, скачать, бесплатно, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры

теория синхронизации (часть 2) [перевод] • Stereo.

ru

Техническая часть предлагает доступный разбор, с помощью которого конечный пользователь цифровых аудиосистем, который, как мы полагаем, не имеет глубоких технических знаний, может начать более эффективно оценивать подобные системы. Некоторые более глубокие технические концепции рассмотрены здесь в доступной форме, а также даны рекомендации для прослушивания.

Часть 1. История возникновения тактовых генераторов

Техническая перспектива: введение в ФАПЧ (система фазовой автоподстройки частоты)

Cубъективный подход может пригодиться техническим специалистам, дав толчок их исследованиям. И точно так же даже поверхностное знакомство с техническими аспектами работы пользовательского оборудования способно помочь нам в уточнении субъективных оценок. При вдумчивом подходе эстетические и технические аспекты могут идти рука об руку и достигать более глубокого понимания предмета.

Со временем пользователи все больше вникают в суть понятия ФАПЧ (система фазовой автоподстройки частоты). ФАПЧ управляет потоком цифровых данных в преобразователе и, следовательно, отслеживает и сводит к минимуму несогласованность по времени при доставке данных, которую мы называем джиттером. Принято считать, что системы с меньшим уровнем джиттера звучат лучше, поэтому более подробное знакомство с тем, как ФАПЧ управляет джиттером, является ключом к тому, чтобы более тонко оценивать качество цифровых аудиосистем.

Когда вы посылаете цифровой аудиосигнал в конвертер (или в цифровой интерфейс), то конвертер необходимо синхронизировать с дискретизацией этого сигнала. В большинстве преобразователей для этого применяется система ФАПЧ, которая пытается сонастроиться с входящим (опорным) тактовым сигналом. Для этого в ФАПЧ используется так называемый компаратор, который отслеживает фазовое соотношение между собственным и входящим тактовыми сигналами.

Если в этом соотношении имеются какие-либо изменения, система ФАПЧ настраивается так, чтобы оставаться настолько синхронизированной (с опорным сигналом), насколько это возможно. Этот процесс называется «установлением фазовой синхронизации» (или фазовой автоподстройкой частоты). При этом ФАПЧ отсылает свой тактовый сигнал в обратном направлении для сравнения с входящим сигналом — поэтому этот процесс также называют петлей ФАПЧ (по англ. PLL — phase lock loop).

Как и в случае с любым электронным устройством, существует множество способов применения ФАПЧ, но то, что отличает одну конструкцию ФАПЧ от другой, выходит за рамки данной статьи. Для наших целей мы будем придерживаться базовых основ, которые конечные пользователи смогут использовать при работе со своими цифровыми системами.

Если тактовый сигнал входящих данных имеет высокий уровень джиттера (фазового дрожания), то это создает определенные проблемы. Правильно сконструированная ФАПЧ-система будет синхронизироваться с входящим тактовым сигналом и в то же время максимально игнорировать его джиттер. Если вам когда-нибудь приходилось видеть, как заклинатель змей находит такое место, в котором кобра еще не атакует, но и не уползает — у вас есть некоторое представление о том, как правильная система ФАПЧ делает свое дело.

Следующей подходящей аналогией может служить круиз-контроль автомобиля, который необходимо постоянно настраивать, обеспечивая плавность хода. Если круиз-контроль слишком чувствительный, автомобиль будет постоянно ускоряться и замедляться, если же он недостаточно чувствителен — машина будет терять требуемую скорость.

ФАПЧ внутри цифрового аудиоконвертера (ЦАПа) работает аналогично тому, как заклинатель змей справляется с коброй, находя золотую середину, в которой змея становится полностью неподвижной

ФАПЧ, слишком быстро реагирующая на входящий джиттер, не в состоянии его игнорировать и, поэтому, в сущности, будет воссоздавать его. Такую систему часто называют «быстрой» или «быстро отслеживающей» ФАПЧ. Скептики могут подметить, что ЦАПы с такой быстрой системой ФАПЧ слишком «чувствительны к входному джиттеру». Это и вправду не очень хорошо, однако правильно сконструированную быструю ФАПЧ можно рассматривать как прозрачную, поскольку такая система представляет собой относительно точную копию входного сигнала.

Правильно сконструированная медленная система ФАПЧ будет точно синхронизироваться с временной разверткой входного сигнала, но не будет воссоздавать его джиттер. Также можно сказать, что медленные ФАПЧ-системы тоже являются прозрачными, так как они представляют исходные данные без джиттера устройства-источника. По сути, ЦАПы могут иметь один из двух различных типов прозрачности: а) прозрачность, которая показывает джиттер устройства-источника; б) прозрачность, игнорирующая этот джиттер источника. Какая из них лучше, зависит от того, что именно мы хотим услышать.

Мы приводим здесь сравнительно упрощенный взгляд на то, как работают быстрые и медленные системы ФАПЧ, но для наших целей этого вполне достаточно. Мы считаем, что производителям конвертеров (ЦАПов) стоило бы рассказать нам о степени прозрачности, которой они стремятся достичь в своих устройствах

Поскольку обычно нам нужно минимизировать джиттер, в большинстве случаев мы будем довольствоваться медленной ФАПЧ, игнорирующей входной джиттер, но в отдельных случаях для мониторинга цифро-аналогового преобразования вполне может пригодиться и быстрая ФАПЧ, которая воспроизводит джиттер источника сигнала. Если бы у нас была такая возможность, то все мы наверняка предпочли бы ЦАПы с регулируемой ФАПЧ, что позволило бы нам по необходимости делать выбор между обоими типами прозрачности. Также не лишним видится наличие документации, описывающей тип ФАПЧ в каждом конкретном устройстве.

Еще одно важное понятие, которое следует учесть, — это фазовый шум. Грубо говоря, если джиттер — это несогласованность во времени, то фазовый шум — это несоответствие по частоте, являющееся следствием джиттера. В контексте нашего разговора, джиттер и фазовый шум — это в значительной степени взаимозаменяемые понятия, однако мы все попытаемся разграничивать эти явления в зависимости от контекста.

Понимание взаимосвязи между временной и частотной областями необходимо для более глубокого понимания работы ЦАПов. Для наших целей полезно иметь хотя бы поверхностное представление о том, как джиттер в тактовом генераторе (эффект во временной области) превращается в фазовый шум (частотная область). Это позволит нам представить, как генераторы тактовых импульсов влияют на аудиосигналы

Как правило, практически все, что разработчик ФАПЧ может сделать для уменьшения джиттера/фазового шума, положительно скажется на аудиосистеме в целом. Поэтому разработка ФАПЧ всегда остается главной задачей для конструкторов, когда дело касается минимизации джиттера. Более полное понимание природы ФАПЧ в наших цифровых аудиосистемах поможет нам тоньше воспринимать их звучание, а также учесть все эти важные моменты при совершении покупки.

Долговременная и кратковременная стабильность тактового генератора

Как и в случае с ФАПЧ, даже поверхностное представление о тактовых генераторах поможет нам стать более информированными пользователями и потребителями в данном вопросе.

Технические специалисты делают акцент на долговременной и кратковременной стабильности генератора тактовых импульсов, что напрямую зависит от того, в какой именно сфере этот генератор будет использоваться. Долговременная стабильность выражается в том, насколько сильным будет уход/изменение (drift) частоты генератора по истечении длительных периодов времени — зачастую они измеряются промежутком в 1 000 лет.

Кратковременная стабильность показывает, как будет изменяться частота тактовых импульсов за экстремально малые доли секунды. Наибольшую важность для аудио представляет кратковременная стабильность, так как мы хотим, чтобы наши единицы и нули передавались как можно более равномерно (стабильно) во времени, в то время как изменение точности сигнала по истечении 1 000 лет не имеет для нас никакого значения.

На деле, кварцевые генераторы имеют очень хорошую кратковременную стабильность, но сравнительно низкую долговременную стабильность, поэтому именно их большинство разработчиков использует для аудио. Эти генераторы довольно сложны, но в итоге они обеспечивают прямоугольную волну с такой же частотой дискретизации, с которой работают ФАПЧ и прочие устройства в преобразователе.

Однако, к примеру, в телекоммуникационной отрасли важны обе стабильности, поэтому появилась разновидность клоков, в которых используются рубидиевые генераторы, чтобы обеспечить кристаллам хорошую долгосрочную стабильность. Сейчас аудиомир захватила идея «атомных генераторов тактовых импульсов» (atomic clock), и, несмотря на тот факт, что долговременная точность не имеет значения для аудио, атомные клоки наделали немало шума как на аудиофильском, так и на профессиональном аудиорынке.

Так называемые атомные клоки генерируют высокочастотную синусоидальную волну в 10 МГц, которая далее может использоваться совместимыми с ними тактовыми генераторами, предназначенными для аудио. В большинстве конфигураций 10-МГц генераторы представляют собой автономные устройства, которые отправляют свой сигнал либо в устройство Word Clock, совместимое с 10 МГц (на рынке Pro-аудио их всего несколько), либо на внутренний клок ЦАПа.

На данный момент только Antelope производит профессиональные преобразователи, совместимые с 10 МГц. Новый Antelope 10MX вмещает в себя оба устройства: генератор (10 МГц) и Word Clock, которые находятся в едином блоке высотой 1RU (для монтажа в рэковую стойку). Такое решение впервые используется на рынке профессионального аудио.

Принцип работы рубидиевого генератора довольно сложен, но его основы помогают нам понять, как и почему два отдельно взятых тактовых генератора с частотой в 10 МГц могут функционировать так по-разному. Внутри тактового генератора имеется кварцевый генератор (в некоторых применяются кристаллы с частотой 10 МГц, в других — кратные 10 МГц).

Внутри тщательно контролируемой нагретой камеры находится немного рубидия, который будет выдавать исключительно стабильный высокочастотный сигнал, обеспечивающий долговременную стабильность кристалла. Поэтому кварцевый генератор может генерировать очень точную синусоидальную волну с частотой в 10 МГц.

Рубидиевые генераторы — это сложнейшие устройства, поэтому разработка такого клока представляет собой тонкую задачу. Для контроля всех процессов внутри генератора на 10 МГц используется множество ФАПЧ и прочих сложных устройств — вообразите себе группу заклинателей змей, удерживающих на месте многоголовую змею, и вы получите смутное представление о том, что на самом деле происходит внутри рубидиевого генератора на 10 МГц. Остальная часть конструкции связана с питанием и портированием данного клока для получения на выходе чистой синусоидальной волны с частотой в 10 МГц.

Единственное, что мы определенно точно можем сказать о тактовых генераторах на 10 МГц: они представляют собой гораздо более сложные устройства, чем стандартные клоки на основе кристалла. Одна из причин такой сложности связана с достижением долговременной стабильности, которая, насколько нам известно, не улучшает качество звучания.

В конечном итоге мы придем к выводу, что частота в 10 МГц для аудио была маркетинговой уловкой. Однако для обоснования этого вывода важно пройти тщательный процесс не слепого прослушивания, а также понять некоторую логику в том, как технология с применением клоков на 10 МГц оказалась серьезно воспринята аудиосообществом.

Как прослушивать клоки

Как бы мы ни приветствовали необходимость объективного измерения с использованием соответствующих измерительных инструментов и, в меньшей степени, двойного слепого тестирования, обычный не слепой способ прослушивания остается методом, с помощью которого подавляющее большинство людей будет оценивать аудиоаппаратуру, включая клоки и ЦАПы.

Оценка не слепого прослушивания всегда строится на отдельных наблюдениях, однако мы могли бы помочь пользователю лучше понять, как мыслить и передавать свои собственные субъективные впечатления, а также обеспечить взаимопонимание между сторонниками субъективного и объективного подхода. Таким образом мы бы продвинулись вперед в этом затяжном разговоре о цифровом аудио.

При рассмотрении чего-либо столь же утонченного (но широко распространенного), как синхронизация, акцентирование внимания на параметрах звучания, подверженных влиянию тактовых генераторов, поможет слушателям с любым уровнем знаний и опыта развить свой слух, а также предоставит нам полезный словарный запас терминов, который поможет описать то, что мы слышим. Мы полагаем, что эстетическое чувство может быть развито лучше при надлежащем руководстве и что фокусировка нашего внимания на специфических аспектах сенсорных раздражителей в конечном счете поможет нам стать экспертами.

Ниже приведен список характеристик звучания, которые могут быть услышаны при смене генераторов тактовых импульсов в цифровой системе. В целом, мы уверены, что улучшения любого из этих параметров, вероятнее всего, указывают на уменьшение уровня джиттера.

Clarity («ясность», «чистота», «четкость»). Многие системы считаются «открытыми», так как демонстрируют больше звуковых деталей в высокочастотной области, для которой характерно более высокое разрешение. Определенные звуки — к примеру, звучание ride-тарелок или сибилянты в вокальных партиях — могут быть более детальными и интересными, и ВЧ-динамики в таком случае как бы раскрывают больше информации. Но весь частотный спектр при этом также будет демонстрировать разные уровни ясности.

Changes to Soundstage Shape («изменение сцены»). Некоторые тактовые генераторы будут усиливать центральный звуковой образ, в то время как другие будут стремиться расширить стереобазу, делая акцент на левом и правом дальних краях сцены. Это можно сравнить со звуковой сценой, имеющей «вогнутую» или «выпуклую» форму.

Front-to-Back Depth («глубина сцены»). Глубина звукового образа может изменяться при смене клоков. Как правило, более качественный тактовый генератор будет демонстрировать большую глубину. Зачастую, наряду с увеличением глубины, на записи повышается детальность отраженного звука.

Three-Dimensionality («трехмерность»). Трехмерность, тесно связанная с формой звуковой сцены и ее глубиной, также может рассматриваться как отношение фантомного музыкального образа в центре к остальной части звуковой сцены. Некоторые люди называют это «голографическим» звучанием или даже «голосоникой», потому что звук становится (обратите внимание на визуальный язык) как бы трехмерным.

Localization & Individuation («локализация и индивидуализация»). Способность различать и определять местонахождение отдельных звуков в звуковом образе часто может улучшаться при уменьшении джиттера. При этом панорамное расположение (позиционирование) музыкальных образов может казаться более точным, а местонахождение (разделение) отдельных инструментов в пространстве — более определенным.

Low-End Focus («фокусировка нижних частот/баса»). Внешний тактовый генератор может влиять на плотность и фокусировку самых нижних частот, равно как и на звуковую подачу таких низкочастотных инструментов, как бас-гитара.

Low-End Extension («протяженность низких частот»). Хороший тактовый генератор иногда заставляет цифровую систему расширять свои низкочастотные характеристики (вопиющий пример этого будет рассмотрен ниже).

General Ease of Listening («общая легкость прослушивания»). Для многих слушателей уменьшение уровня джиттера может вызвать ощущение расслабленности при прослушивании, особенно в течение длительного времени. Некоторые заметят, что их тело больше расслабляется при прослушивании одной системы по сравнению с другой.

Richness («насыщенность/яркость»). В высшей степени субъективное качество. Многие опытные слушатели отметят, что звучание становится более «богатым» при минимизации джиттера. Мы полагаем, что слушатели сами придадут этому термину собственное значение и будут использовать его так, как им угодно. Мы также склонны думать, что данный термин может означать суммарный результат многих (если не всех) улучшений вышеперечисленных характеристик.

Мы перешли на описательные формулировки, которые обычно можно услышать от аудиофилов или которые ассоциируются с ними. Мы считаем, что рекорд-мейкеры и далее будут пользоваться этим описательным языком и даже копаться в аудиофильских словарях в поисках лингвистических новшеств.

Развитие языка, который мы используем для описания более тонких аспектов того, что мы слышим, будет только способствовать обмену впечатлениями друг с другом, а также с разработчиками продуктов, которые могли бы использовать наши описания для создания своей техники. Подобный язык всегда будет тем материалом, с помощью которого мы наводим мосты между субъективной и объективной перспективами.

Но мы все же сделаем оговорку: если вы не слышите различий при прослушивании разных тактовых генераторов — это ваш субъективный опыт. Не слышать разницу столь же актуально и важно, как и слышать ее — ведь ключевой аспект здесь состоит в том, чтобы стать опытным экспертом и не позволить чужому мнению склонить вас к тому, чтобы услышать то, чего нет.

Основная проблема кроется в том, что так называемое «управляемое прослушивание» может вызвать предвзятость (тенденция искать подтверждение своим ожиданиям), что представляет собой колоссальную проблему в научно-исследовательской деятельности. Мы не стремимся убедить кого-либо принять нашу идею не слепого прослушивания как научную. Вместо этого мы хотели бы прояснить, что это за парадигма и как можно использовать ее на практике.

Продолжение: часть 3 (практика)

Генератор тактовых сигналов AURALiC LEO GX

Прецизионный генератор тактовых сигналов AURALiC LEO GX 

AURALiC LEO GX открывает новое направление развития систем тактовой синхронизации в цифровой аудиотехнике: для измерений его технических параметров пришлось применять специальную сверхточную измерительную аппаратуру. Рекордные данные измерений стабильности тактирующих импульсов приводят и к заметному на слух результату: при прослушивании с LEO GX отчетливо улучшается глубина и ширина стерео панорамы, точность локализации звуковых образов в ней, расширяется динамический диапазон и многие другие аспекты качества звучания. Изящные и уникальные технические решения позволили LEO GX в прямом и переносном смысле обойти стороной недостатки встроенных тактовых генераторов обычных ЦАПов.

Новый подход к тактовой синхронизации

Развитие цифровой аудиотехники в целом и форматов записи/хранения фонограмм движется очень быстро. С каждым шагом к более высокому разрешению сигнала возрастают требования к системе тактовой синхронизации, которая становится все более высокочастотной. Например: повышение разрядности цифрового сигнала расширяет динамический диапазон, но также требует повышения частоты работы генератора синхроимпульсов в десятки раз. Чем точнее тактовый генератор ЦАПа, чем выше в нем скорость формирования тактовых импульсов — тем он дороже и труднее в разработке и производстве.

Традиционная система

Представим, что к ЦАПу подключен внешний прецизионный тактовый генератор. В обычном случае ЦАП теперь сверяет свой опорный сигнал с внешним с помощью схемы фазовой автоподстройки (PLL). Но такие схемы сами генерируют электромагнитные помехи, что негативно влияет на стабильность и джиттер. С помощью фазовой автоподстройки опорный сигнал ЦАП можно в каких-то пределах подогнать к эталонному задающему, но скорость переключения — и, как следствие, точность восстановления аналогового сигнала — все равно ограничивается характеристиками уже имеющегося в ЦАПе тактового генератора.

Метод прямой подачи на ЦАП Direct-to-DAC

Использование транспорта-стримера VEGA G2 с внешним тактовым генератором LEO GX позволяет получить недостижимый в других случаях режим работы с нулевым джиттером. В отличие от описанного выше традиционного метода, в таком включении VEGA G2 просто полностью отключает внутреннюю систему тактовой синхронизации и переходит на работу с прецизионным тактовым сигналом напрямую от LEO GX. Необходимость в схеме фазовой автоподстройки (PLL) отпадает, ограничения и недостатки «старого» подхода устранены.

Рекордные характеристики

Точность работы генератора LEO GX настолько высока, что имеющаяся измерительная аппаратура и методики измерений работают ниже пороговых величин и не могут правильно отразить полученные технические параметры. Инженерами AURALiC используются другие метрологические подходы, в частности, основанные на девиации Аллана (когда измеряется не просто отклонение частоты от среднего значения, а разность между соседними последовательными значениями за некое время наблюдения). Анализируя фазовый шум частоты с помощью девиации Аллана, можно измерить ничтожные по величине колебания частоты следования синхроимпульсов — ±1 Гц или даже ±0,1 Гц. Для LEO GX девиация Аллана составляет 2e–12 (за 1 секунду), что идентично данным измерений 10-мегагерцового рубидиевого квантового генератора с уровнем фазовых шумов менее ±1 Гц на уровне -110 дБс/Гц, а по уровню джиттера пересчитывается в значение в 500 раз меньшее, чем у кварцевого ультрапрецизионного осциллятора с периодом колебаний в 82 фемтосекунды.

Структура системы тактирования

В основе блок-схемы LEO GX лежат два рубидиевых стандарта частоты (прецизионные генераторы на основе квантового перехода атомов рубидия из одного энергетического диапазона в другой). На каждый из них опирается (сверяет частоту) отборный кварцевый резонатор с точной кристаллографической ориентацией, термостабильный, механически стабильный и ультрамалошумящий. В результате LEO GX работает на очень высоких частотах формирования тактовых импульсов: 90,316 МГц для сигналов с частотой дискретизации 44 кГц и 98,304 МГц — для сигналов 48 кГц.

Оптическая изоляция

Перекрестные связи и помехи непосредственно влияют на джиттер тактового сигнала, и поэтому в LEO GX принят целый комплекс мер по устранению шумов и помех. Наиболее эффективной оказалась оптическая изоляция электронных узлов схемы друг от друга. Например, сигнал управления от микропроцессора подается на блок генератора по фиброволоконной «оптике», что убирает источник перекрестной связи и помех.

Корпус серии G

Стандартный корпус «верхней» серии G компонентов AURALiC называется Unity Chassis и вытачивается из цельной алюминиевой заготовки. Такой корпус экранирует схемы внутри LEO GX от радиочастотных помех и поддерживает сверхвысокую точность синхросигнала, который подается на ЦАП серии G.

Механическая балансировка

Ключевые узлы и платы LEO GX расположены в корпусе так, чтобы получить сбалансированную механическую конструкцию без резонансов. Борьбе с распространением вибраций и резонансов способствуют также специально разработанные опорные шипы — фундамент для тактового сигнала всегда устойчив.

Сдвоенное стабильное питание

В LEO GX используются два малошумящих линейных блока электропитания Purer-Power, причем, ради борьбы с шумами и перекрестными помехами, они изолированы друг от друга гальванически. Один блок питания работает только на микропроцессор управления LEO GX, а второй снабжает стабилизированным напряжением тактовый генератор. Таким образом, взаимопроникновение помех исключено и точность синхросигнала сохраняется неизменной.

Качество соединений тоже важно

Рекордная стабильность тактового генератора LEO GX и высокая частота следования тактирующих импульсов предъявляют высокие требования к качеству кабеля, передающего тактовый сигнал. Специально для LEO GX разработан уникальный высокочастотный кабель с верхней частотой пропускания в 60 ГГц, в котором применены материалы и разъемы военной приемки из аэрокосмической техники. Каждый кабель собирается и настраивается вручную, ОТК прикладывает к каждому экземпляру протокол измерений — пользователь должен быть уверен в качестве соединений.

Технические характеристики

Стандартные тесты Девиация Аллана: 2e–12 (за 1 с)

Эквивалентный джиттер: в 500 раз меньше, чем у 82-фемтосекундного генератора (в диапазоне 1 Гц—10 Гц)

Эквивалентный фазовый шум: –110 dBc/Гц при отстройке 1 Гц (частота анализа 10 МГц)

Генератор Частота: 90,3168 МГц (для 44,1 кГц) / 98,3040 МГц (для 48 кГц) Выходной сигнал: 3,3 В (Direct-to-DAC)

Стандарт частоты: рубидиевый квантовый генератор с термостабилизацией

Резонатор: SC cконтролем температуры Диапазон частот дискретизации аудиосигнала PCM (импульсно-кодовая модуляция): от 44.1 кГц до 384 кГц, разрядность до 32 бит DSD: от DSD64 до DSD512 Управление Частота дискретизации аудиосигнала задается по интерфейсу Lightning-Link от VEGA G2 Стабилизированное питание Два линейных блока питания Purer-Power, разработанных специально для аудио. Амплитуда шумов и пульсаций не более 10 мкВ.

Методы защиты от помех

Оптическая изоляция между схемами управления и генерации синхроимпульсов Экранирующий алюминиевый корпус Unity Chassis Сетевое подключение Проводное, Gigabit Ethernet (для обновления встроенного ПО микропроцессора)

Потребляемая от электросети мощность При старте: не более 30 Вт В рабочем режиме: 15 Вт

Габариты, Ш x Г x В 34 x 32 x 8 см

Масса 8.1 кг

Отделка Матовый черный анодированный литой корпус из алюминия

Комплектация Прецизионный генератор тактовых сигналов AURALiC LEO GX Шестигранный ключ (для фиксации разъемов соединительного кабеля) Руководство пользователя Кабель электропитания Кабель Lightning Link В базовой комплектации: высокочастотный межблочный кабель для тактового сигнала В премиум-комплектации: межблочный кабель для тактового сигнала с полосой пропускания 60 ГГц

МЭМС-генераторы для промышленного применения

Тактовые генераторы — неотъемлемая часть современных радиоэлектронных приборов. Области промышленного применения генераторов — медицинская электроника и системы жизнеобеспечения, метрология и автоматизация производственных процессов, связь и транспорт, аэрокосмическая промышленность и военная техника — диктуют жесткие требования к тактовым генераторам. В первую очередь это стабильность частоты при воздействии повышенной и пониженной температуры, вибрации и других внешних факторов.

Введение

Традиционно для стабилизации тактовой частоты использовались кварцевые и пьезокерамические резонаторы [1, 2]. Сегодня на смену им пришли МЭМС-генераторы, обеспечивающие высокую стабильность и надежность при малых габаритах и низком энергопотреблении.

МЭМС-генератор — это, по существу, микросхема, объединяющая в одном корпусе резонатор и синтезатор частоты (рис. 1).

рис. 1. Функциональная схема МЭМС-резонатора

MEMS-резонаторы имеют линейные размеры менее 500 мкм и высоту менее 200 мкм, что делает их на 90% меньше, чем кварцевые резонаторы. На рис. 2 в одном масштабе показаны самый маленький керамический резонатор для поверхностного монтажа (слева) и МЭМС-резонатор.

рис. 2. Керамический и МЭМС-резонаторы

Благодаря миниатюрности МЭМС-генератор особенно подходит для мобильных устройств.

Один из лидеров рынка МЭМС-генераторов, компания SiTime, предлагает МЭМС-генераторы для промышленного применения, обладающие непревзойденными характеристиками.

Микрогабариты

SiTime позиционирует свои изделия как замену кварцевым генераторам. Благодаря малым размерам МЭМС-генераторы занимают меньше места на плате, чем кварцевые резонаторы, и могут быть установлены на их площадки. Стандартные размеры МЭМС-генераторов SiTime выбраны из соображений простоты модернизации радиоэлектронной аппаратуры и имеют следующие величины (ДхШ): 2×1,6; 2,5×2; 3,2х2,5; 5×3,2; 7×5 мм.

Компания выпускает МЭМС-генераторы в корпусах типов CSP: 1508; QFN: 2016, 2520, 3225, 5032, 7050; SOT23-5: 2928; SMD: 3225, 5032, 7050.

Стабильность тактовой частоты

В таблице приведены основные характеристики МЭМС-генераторов семейства SiT20хх от SiTime. Особое внимание следует обратить на относительную стабильность частоты, которая включает начальное отклонение при изготовлении, уход из-за старения в течение первого года, температурную нестабильность, уход из-за колебаний напряжения питания и влияния нагрузки. Стабильность частоты измеряется в ppm (part per million — 10-6 от номинальной частоты).

Таблица. Характеристики семейства SiT20xx

наименование Частота, МГц Стабильность частоты, ppm напряжение питания, В Диапазон рабочих температур, °C Тип и размеры корпуса
SIT2018 1-110 ±20 ±25 ±50 1,8 или 2,5—3,3 -40. ..+105 или -40…+ 125  (2,9х 2,8)
SIT2019 115-137
SiT2020 1-110 -55…+125
SiT2021 119-137

Например, уход частоты генератора SiT2020BM-S1 с номинальной частотой 100 МГц не превысит 2 кГц (20 ppm) в диапазоне температур -55.. .+125 °C.

Также компания выпускает МЭМС-генераторы с нестабильностью до ±0,05 ppm на частоты до 220 МГц и ±10 ppm на частоты до 725 МГц.

Таким образом, по стабильности частоты МЭМС-генераторы вполне могут заменить кварцевые и тем более керамические резонаторы.

Гибкая конфигурация

На протяжении десятилетий длительный срок изготовления кварцевых резонаторов с индустриальными параметрами «под заказ» был ахиллесовой пятой кварцевой промышленности. Например, резонатор на частоту 72320 кГц для передатчиков популярного диапазона LPD433 приходилось ожидать многие недели после заказа. Положение изменилось, когда появились МЭМС-генераторы.

В марте 2020 года компания SiTime объявила о доступности МЭМС-генераторов в течение 48 ч по всему миру. За счет чего удалось достичь таких успехов?

Генераторы SiTime имеют программируемую архитектуру, которая позволяет настраивать несколько параметров устройства, включая выходную частоту (с точностью до шести десятичных знаков), стабильность частоты и напряжение питания в пределах рабочего диапазона прибора. Компания серийно выпускает обширный ассортимент универсальных генераторов на разные диапазоны, которые хранятся на складах и в кратчайший срок программируются дистрибьюторами под конкретные требования заказчика.

Стремясь еще более сократить этот срок, компания SiTime разработала способ программирования генераторов в «полевых условиях», то есть у заказчика.

Программирование рабочей частоты осуществляется с помощью персонального компьютера и программатора (рис. 3).

Рис. 3. Программатор и интерфейс программы

Процесс программирования занимает несколько секунд и, помимо частоты и других настроек, позволяет задать функцию управляющего контакта.

Микропотребление

Тактовые генераторы МЭМС отличаются экономичностью. Так, генератор SiT2018B потребляет не более 4,7 мA при напряжении питания 3,3 В (на рабочей частоте 20 МГц).

Схема подключения МЭМС-генератора (рис. 4) содержит управляющий контакт с программируемыми функциями OE/ST, предназначенный для управления энергопотреблением.

Рис. 4. Схема подключения МЭМС-генератора SiT2018B

Функция OE (Output Enable) позволяет выключать выходной каскад генератора, при этом потребляемый ток снижается до 3,5 мА. Поскольку задающий генератор продолжает работать, время включения выходного сигнала не превышает 1 мкс. Функция ST предназначена для перевода в режим ожидания (Standbay), в котором задающий генератор отключается и потребляемый ток не превышает 8,5 мкА. Это очень важно для приборов с батарейным питанием, в частности для медицинской аппаратуры индивидуального мониторинга. Время выхода из режима ожидания и установления выходного сигнала составляет несколько миллисекунд.

Электромагнитная совместимость

Во многих применениях, таких как видеокамеры, дисплеи, многофункциональные принтеры, и других важно минимизировать уровень электромагнитного излучения, источником которого служит тактовый генератор.

Но самой серьезной проблемой электромагнитная совместимость (ЭМС) становится в медицинской электронике. Помехи могут привести к сбоям в работе медицинских устройств, что чревато опасными последствиями. Стандарты ЭМС, такие как IEC 606011-2, обязательны в большинстве стран мира и предписывают нормы на устойчивость радиоэлектронной аппаратуры к электромагнитным помехам от внешних источников, а также ограничение уровней собственных излучений. Экранирование и фильтрация являются общими методами, используемыми для минимизации электромагнитных помех, но экран занимает место на плате устройства и увеличивает его стоимость. Кроме того, зачастую невозможно экранировать все медицинское оборудование.

Оба типа проблем ЭМС (помехоустойчивость и излучение собственных помех) в генераторах MEMS существенно снижены благодаря миниатюрности и могут быть дополнительно уменьшены за счет правильного программирования.

Выходной сигнал генераторов MEMS является основным источником непрерывного электромагнитного излучения. Как известно, частотный спектр сигнала прямоугольной формы состоит из основного тона, а также из набора высших гармоник. Снижение уровня энергии, исходящей от генератора, представляется эффективным методом уменьшения помех. Это может быть достигнуто с помощью генераторов с растянутым спектром или с помощью программируемого снижения выходной мощности до необходимого и достаточного уровня.

В качестве примера на рис. 5 показаны графики снижения амплитуды гармоник тактовой частоты за счет программируемого увеличения времени нарастания trise выходных импульсов.

рис. 5. Зависимость амплитуды гармоник от времени нарастания тактового импульса

Стойкость к вибрации и ударам

При эксплуатации радиоэлектронное оборудование для транспорта подвергается вибрациям и ударам. Кварцевые резонаторы представляют собой консольные структуры, чувствительные к механическим воздействиям. Механические колебания кварцевых кристаллов приводят к модуляции частоты тактового генератора, а удары могут вывести его из строя. Резонаторы МЭМС существенно меньше подвержены механическим воздействиям, поскольку их масса в тысячи раз меньше. На рис. 6 показаны результаты сравнительных испытаний генератора SiTime и кварцованных генераторов двух известных производителей на воздействие синусоидальной вибрации с частотой до 1000 Гц. В ходе испытаний измерялась вибрационная чувствительность, равная отношению ухода частоты к вызвавшему его ускорению, причем уход выражается в миллиардных долях номинальной частоты (parts per billion, ppb), а ускорение в единицах ускорения свободного падения — в g (g = 9,8 м/с2).

рис. 6. Чувствительность к воздействию вибрации

Генератор MEMS производства SiTime превзошел другие устройства в 10-100 раз.

Еще более убедительно генераторы SiTime доказали свое преимущество в испытаниях на ударном стенде. Они выдержали удары с ускорением до 50 000g, в то время как кварцованные генераторы выходили из строя при ускорении 100—1500g.

Фазовые шумы, или джиттер

Очень важным фактором, определяющим потенциальное быстродействие радиоэлектронных устройств, является джиттер — паразитная фазовая модуляция сигнала тактовой частоты. Джиттер оценивают как время отклонения фронтов тактовых импульсов от идеального положения. Различают пиковый джиттер — максимальное отклонение, и среднеквадратический. Чересчур большой джиттер приводит к рассинхронизации узлов радиоэлектронных систем. Генераторы SiTime отличаются весьма малыми значениями джиттера. В качестве примера можно привести семейство генераторов SiT9120, SiT9121 и SiT9122, которые перекрывают диапазон частот 1-625 МГц и способны обеспечить нестабильность частоты менее 10 ppm при температурах -40. . .+85 °C.

Среднеквадратический джиттер у этих генераторов составляет 0,6 пс.

Важная особенность — дифференциальный выход. Это улучшает синхронизацию удаленных узлов системы и уменьшает электромагнитное излучение.

Надежность

Возможно, одно из самых больших преимуществ МЭМС-генераторов состоит в исключительной надежности. Компания SiTime зафиксировала всего два отказа на 1 млн выпущенных генераторов. Это лучший показатель в отрасли, и он меньше в сотни раз, чем у кварцевых резонаторов.

Заключение

МЭМС-генераторы уверенно заменяют кварцевые благодаря сочетанию таких преимуществ, как:

  • минимальные габариты;
  • стабильность частоты;
  • программирование пользователем — ускоренная разработка новых устройств;
  • более высокая надежность: наработка на отказ более 1 млрд ч против 25 млн ч;
  • электромагнитная совместимость, позволяющая снизить уровень электромагнитных помех без модернизации платы и металлического экрана;
  • стойкость к ударам и вибрации.

Литература

1. Иванов Ю., Никонов А., Котюков А. Использование прецизионных генераторов в аппаратуре стандарта 5G // Современная электроника. 2019. № 3.

2. Левашов Ю. Керамические резонаторы // Компоненты и технологии. 2003. № 3.

Опубликовано в журнале «Компоненты и Технологии» №5-2020

https://kit-e.ru/


Измерение тактовой частоты и частоты генератора

Тактовый генератор может относиться к генератору, который был разработан для обеспечения синхронизирующего сигнала для облегчения работы одного или нескольких синхронных процессоров. Напротив, асинхронная операция не требует часов, поскольку каждый шаг начинается после завершения предыдущего шага. Потенциально это быстрее, чем синхронная работа, потому что нет узкого места, вызванного устройством синхронизации. Но повышенная сложность конструкции является проблемой. Несмотря на надежды на будущее, в настоящее время асинхронные операции широко не используются, поэтому часы остаются необходимым компонентом.

Основной генератор в цифровых схемах построен на основе LC- или RC-резонансного контура, который в различных конфигурациях связан с усилителем, работающим за пределами его линейного диапазона. Этот тип генератора имеет ограниченную стабильность частоты при различных нагрузках и колебаниях напряжения питания. Температура и старение компонентов также вызывают дрейф частоты. Таким образом, в большинстве цифровых приложений, таких как тактирование микропроцессора, используется кварцевый генератор.

Прецизионно обработанный кварцевый кристалл заменяет LC или RC колебательный контур в различных типах генераторов. Поскольку кварцевый кристалл является компонентом, определяющим частоту, высокая степень стабильности частоты поддерживается независимо от температуры, старения компонента и других переменных.

Подходят и другие кристаллы, но обычно используется кварц, так как он достаточно прочен, чтобы противостоять длительной вибрации. Кроме того, кварц легко измельчается, а сырье легкодоступно.

Тонкая пластинка из кристалла кварца при приложении напряжения проявляет пьезоэлектрический эффект. Он вибрирует с частотой, определяемой размерами кварцевой пластины. Вибрации, в свою очередь, создают колебательное напряжение, которое извлекается через клеммы, соединенные с противоположными сторонами кристалла. Частота обратно пропорциональна толщине кристалла, измеренной между двумя точно отшлифованными и металлизированными сторонами.

Кварцевый кристалл эквивалентен одновременным параллельным и последовательным резонансным контурам, поэтому соответствующие реактивные устройства настраивают генератор на выход одного или другого (не обоих), после чего он становится очень стабильным и надежным источником частоты. Добротность, мера спектральной чистоты, может достигать 200 000 по сравнению с обычным LC-генератором с добротностью менее 1000.

Типовая эквивалентная схема для кристалла кварца. Микропроцессоры

обычно имеют два вывода генератора, обозначенные на схеме Osc 1 и Osc 2. Они являются входами кварцевого генератора, который синтезирует непрерывный поток прямоугольных импульсов.

При измерении кварцевых генераторов следует помнить о нескольких эффектах. Кристаллы имеют эквивалентную схему, состоящую из параллельной RLC-цепи с отдельной емкостью (полученной из-за металлического корпуса). Следует отметить, что измерительные пробники, используемые с осциллографами, обычно имеют некоторую параллельную емкость. Таким образом, размещение зонда осциллографа поперек кристалла вносит некоторую дополнительную емкость.

Эта дополнительная емкость может быть проблематичной. В некоторых случаях может быть достаточно подтянуть частоту колебаний кристалла на несколько сотен долей на миллион. (В качестве краткого обзора, генераторы и другие устройства управления частотой задают изменение своей частоты в единицах частей на миллион (частей на миллион). Соотношение составляет Δ f = ( f × PPM)/10 6 . Здесь PPM — это пиковое изменение (выраженное как ±), f — центральная частота (в Гц), а Δ f — пиковое изменение частоты (в Гц). Например, 100 частей на миллион от 100 МГц представляет изменение частоты (Δ f ) на 10 кГц. Таким образом, максимальная и минимальная частоты составляют 100,01 и 99,99 МГц соответственно.)

Поставщик кристаллов ECS Inc. предоставляет эти данные, чтобы показать, как обычно изменяется частота колебаний его кристаллов при емкостной нагрузке.

В простых схемах кварцевого генератора емкостной нагрузки от щупа осциллографа может быть даже достаточно, чтобы предотвратить колебания кварца. Одним из способов свести к минимуму такие трудности является использование осциллографа с малой емкостью. Например, Tektronix производит пробник под названием TPP1000, предназначенный для использования с осциллографом MDO3000, емкостная нагрузка которого составляет всего 3,9 пФ. Аналогичные датчики доступны и для других прицелов Tek.

Современные высокопроизводительные цифровые устройства могут выполнять измерения циклов сигнала, полученные в рамках одного захвата. К сожалению, ограничения памяти часто вынуждают их захватывать только небольшой отрезок времени сигнала (обычно до 1 мс) при максимальной частоте дискретизации. Это существенно ограничивает точность измерения. Основной целью временной развертки осциллографа является низкий уровень джиттера, поэтому осциллографы не обладают хорошей стабильностью частоты. Ситуацию можно исправить, используя стабильный внешний эталон, такой как рубидиевая база времени, стабильная до 1 ppb (частей на миллиард), или, что еще лучше, источник времени, согласованный с GPS, с точностью до 0,1 ppb.

Следует также отметить, что осциллографы измеряют частоту для каждого периода входного сигнала. В зависимости от настроек осциллографа прибор может усреднять результаты по нескольким захватам или по всем периодам сигнала в пределах одного захвата. Проблема заключается в том, что на измерение частоты в одном периоде дискретизации могут влиять джиттер периода сигнала и внутренние шумы осциллографа, что приводит к изменению результатов на тысячи частей на миллион. Сбор тысяч образцов и получение среднего значения значительно уменьшают ошибку. Но в ситуациях, когда требуется сверхточное измерение частоты, предпочтительным способом получения точности на уровне ppm является использование частотомера.

Современные частотомеры используют метод обратного счета для подсчета частоты. В этом методе время стробирования (измерения) синхронно с входным сигналом, поэтому погрешность измерения ограничивается одним эталонным тактовым циклом. Для лучшего разрешения опорная частота умножается. Основное преимущество этого подхода заключается в том, что разрешение не зависит от входной частоты.

Типичное подключение для измерения частотомера.

Существуют дополнительные методы, которые дополнительно повышают разрешающую способность измерений за счет временных меток начала и окончания фронтов входного сигнала. Это позволяет определить, когда эти события происходят в рамках эталонного тактового цикла. Современные счетчики частоты могут достигать разрешения 20 пс или выше.

Поскольку загрузка схемы генератора может повлиять на измерения частоты, следует подумать о подключении тестируемого сигнала к частотомеру. Общепринятой практикой является использование 50-омного коаксиального кабеля, предполагая, что вход прибора составляет 50 Ом, соединенного с тестовой схемой через резистор (часто 1 кОм), предназначенный для изоляции ИУ от внешней нагрузки. Эта схема пробников (с сопротивлением 1 кОм) имеет коэффициент затухания 21:1.

Что такое тактовая частота? — Technipages

Подавляющее большинство компьютерных процессоров работают на основе тактовой частоты. Тактовая частота является мерой частоты колебаний тактового генератора процессора. Эти тактовые импульсы используются для синхронизации операций процессора и являются разумным индикатором скорости процессора. Другими словами, это скорость, с которой ЦП может выполнять определенные функции.

Тактовая частота измеряется в циклах в секунду с использованием единицы СИ Герц. Современные процессоры и графические процессоры обычно измеряются в гигагерцах (ГГц) или миллиардах циклов в секунду. Исторически мегагерцы (МГц) и даже килогерцы (кГц) использовались, когда тактовые частоты процессора были ниже.

Часы не там, где вы думаете

Вы можете подумать, что настоящий тактовый генератор, используемый для установки тактовой частоты ЦП, находится на самом ЦП. Тактовый генератор находится в чипсете процессора на материнской плате. Чипсет устанавливает базовые часы. Обычно это ровно 100 МГц. Затем ЦП устанавливает свою тактовую частоту, применяя множитель к базовой частоте.

Основной генератор, который устанавливает тактовую частоту, представляет собой кварцевый кристалл, колеблющийся ровно на одной частоте при подаче электрического заряда. Использование множителя означает, что фактическую тактовую частоту процессора можно изменить по желанию. Это может пригодиться, когда вы пытаетесь сэкономить энергию на холостом ходу или когда пытаетесь увеличить мощность под нагрузкой. Разгон — это процесс увеличения этого множителя вручную.

Некоторые материнские платы предлагают вторую базовую тактовую частоту, которая может работать на частоте 125 МГц. Это формирует второй физический кристалл кварца, который колеблется с большей скоростью. Как и следовало ожидать, это может повысить производительность системы даже на процессорах с заблокированным множителем, потому что теперь он закрыт для умножения большего значения. К сожалению, это может вызвать проблемы со стабильностью других компонентов, так как в основном все предполагает базовую тактовую частоту 100 МГц. Ваш пробег может варьироваться, но обычно это не рекомендуется.

С учетом ограничения скорости

Электроны в электрических цепях могут двигаться довольно быстро, обычно две трети скорости света. Это может показаться быстрым, но есть некоторые проблемы с тактовой частотой в диапазоне ГГц. При тактовой частоте 5 ГГц тактовая частота процессора колеблется каждые 0,2 наносекунды. Абсолютный предел скорости Вселенной — это скорость света в вакууме. Скорость света очень высока, почти 300 миллионов метров в секунду. Тем не менее, за 0,2 наносекунды свет проходит всего 6 сантиметров или 2,4 дюйма.

Теперь процессоры не особенно большие, но их размер относительно близок к шести сантиметрам. Путь a — медленнее света — электрон должен пройти через центральный процессор, вряд ли можно назвать прямым. Это приводит к проблемам с когерентностью, поскольку — с одним тактовым сигналом — одна сторона ЦП просто получит тактовый импульс позже. Чтобы бороться с этим, процессоры имеют несколько часов, которые тщательно синхронизированы, но покрывают гораздо меньшую область в пределах всего ЦП. Это позволяет современным высокоскоростным процессорам оставаться синхронизированными.

Биннинг

ЦП предназначены для работы на определенной тактовой частоте. Производители продают их с гарантированной тактовой частотой. Более быстрые модели почти всегда будут дороже. Даже при отсутствии дефектов производственные допуски приводят к небольшим отклонениям, влияющим на производительность. Перед продажей каждый ЦП проходит тестирование для подтверждения его возможностей. Он сортируется в высокопроизводительную «корзину», если может достичь максимальной тактовой частоты.

Аналогично, ЦП, которые не достигают пиковых скоростей, но могут достигать скоростей, предназначенных для более низких уровней процессоров, сортируются в корзины с более низкой производительностью. Этот процесс называется «биннингом» и обычно означает, что более дорогие процессоры, вероятно, смогут работать на более высоких тактовых частотах. Процессоры из более низких категорий могут работать лучше, чем заявленный уровень. Тем не менее, они, возможно, не смогут превзойти его намного, поскольку обычно их не помещают в более высокие корзины.

Однако не каждый процессор получается идеальным, а производственные дефекты могут просто помешать работе процессора. Эти производственные дефекты иногда могут быть настолько незначительными, что некоторые функции могут быть просто отключены. Например, если у ЦП есть крошечная ошибка, это может помешать работе одного ядра, в то время как остальная часть ЦП в порядке.

Чтобы продать продукт, производитель, как правило, отключает затронутые части — и, если необходимо, для соответствия уровню продукта — даже некоторые полностью функциональные части. Это может позволить производителю продавать то, что было, например, шестиядерным ЦП как четырехъядерный ЦП, что все равно приносит им больше денег, чем простой отказ от дорогого продукта. Как правило, это не влияет напрямую на тактовую частоту, хотя это может означать, что то, что было бы центральным процессором верхней корзины, помещается на более низкий уровень просто потому, что некоторые части были отключены.

Заключение

Тактовая частота является критическим фактором производительности ЦП, хотя она не может быть напрямую сопоставима между архитектурами ЦП. Тактовая частота процессора фактически устанавливается косвенно. Стандартная базовая частота 100 МГц используется почти во всех компьютерах.

Затем ЦП устанавливает множитель для этой базовой частоты, чтобы получить фактическую тактовую частоту. Процессоры продаются с гарантией работы на определенной тактовой частоте или ниже. Во многих случаях их можно увеличить за счет разгона. Однако для этого часто требуется хорошее охлаждение, поскольку оно потребляет больше энергии и выделяет больше тепла.

Проверка источника часов | Rohde & Schwarz

Проверка источника тактового сигнала | Rohde & Schwarz

Чистота сигнала источников синхронизации напрямую влияет на производительность системы. Для обеспечения правильной работы необходимо убедиться, что чистота соответствует проектным требованиям.

Твое задание

Как разработчик аналоговых и цифровых схем, вы используете и полагаетесь на тактовый сигнал, используемый в целевой системе. Поскольку часы напрямую влияют на общую производительность системы, важно, чтобы ее производительность была достаточно хорошей, чтобы соответствовать необходимым требованиям.

Чтобы выбрать или разработать тактовый генератор для использования в вашем проекте или убедиться, что поставляемые системные часы имеют надлежащую производительность после того, как они поступят в ваш раздел, вам необходимо проверить их производительность, чтобы убедиться, что они соответствуют вашим потребностям. Фазовый шум, джиттер, широкополосный шум и паразитные помехи являются типичными показателями производительности.

Измерение фазового шума и джиттера источника тактового сигнала с помощью R&S®FSWP.

/

Измерение фазового шума и джиттера источника тактового сигнала с помощью R&S®FSWP.

Открыть лайтбокс

Контрольно-измерительное решение

Анализатор фазового шума R&S®FSWP и тестер VCO — это правильный инструмент для проверки источников тактового сигнала. Джиттер часов обычно измеряется во временной области. Для повышения чувствительности пользователи переключаются в частотную область для измерения джиттера тактового сигнала на основе измерения фазового шума. Подход в частотной области также позволяет легко отделить случайный джиттер от периодического джиттера, который можно легко определить по уровню паразитных помех. Легко изменяемые диапазоны интегрирования и взвешивающие фильтры делают его еще более мощным инструментом для определения характеристик джиттера с высочайшей чувствительностью.

R&S®FSWP отображает достижимый уровень чувствительности серым цветом.

/

Анализатор R&S®FSWP отображает достижимый уровень чувствительности серым цветом.

Open Lightbox

Для измерения тактовых импульсов с очень низким джиттером R&S®FSWP может быть оснащен вторым внутренним гетеродином для обеспечения взаимной корреляции и улучшения чувствительности к фазовому шуму. Чтобы узнать, сколько корреляций полезно, прибор отображает достижимый уровень чувствительности серым цветом для данной настройки. Если серая область находится явно ниже кривой, вы знаете, что измерения верны. Благодаря чрезвычайно малошумящим внутренним источникам для достижения большого диапазона чувствительности требуется лишь небольшое количество взаимных корреляций. Это значительно ускоряет измерение чистых сигналов.

В дополнение к высокопроизводительному контрольно-измерительному решению R&S®FSWP также доступен инструмент среднего класса. Анализатор фазового шума и тестер ГУН R&S®FSPN предлагает измерения фазового шума, включая взаимную корреляцию, определение дисперсии Аллана и характеристику ГУН при ограниченном бюджете.

Основные факты о R&S®FSWP

  • Диапазон частот от 1 МГц до 8/26,5/50 ГГц
  • До 500 ГГц с внешними смесителями — внутренние опорные источники шума
    — тип. –172 дБн (1 Гц) на несущей частоте 1 ГГц и смещении 10 кГц
    — тип. –158 дБн (1 Гц) на несущей частоте 10 ГГц и смещении 10 кГц

Анализатор спектра обычно используется для поиска побочных сигналов. R&S®FSWP включает в себя высококачественный анализатор спектра и сигналов, охватывающий весь частотный диапазон тестера фазового шума. Вы можете искать шпоры в режиме анализатора спектра без каких-либо других инструментов. Благодаря большому экрану вы можете настроить несколько окон результатов параллельно на дисплее и одновременно видеть результат измерения фазового шума и спектр.

Характеристики R&S®FSWP

  • Анализатор сигналов и спектра и анализатор фазового шума в одном корпусе
  • Высококачественный анализатор сигналов и спектра
  • Широкий динамический диапазон благодаря низкому отображаемому среднему уровню шума (DANL) – 156 дБм (1 Гц) (без шумоподавления) и высокий TOI тип. 25 дБмВт
  • Полоса анализа сигнала 80 МГц
  • Общая погрешность измерения: < 0,2 дБ до 3,6 ГГц, < 0,3 дБ до 8 ГГц

В стандартную комплектацию R&S®FSWP входит полезное дополнение: внутренние источники постоянного тока с низким уровнем шума для определения характеристик ГУН. Он включает в себя источник питания до 16 В и источник напряжения настройки до 28 В. Таким образом, блок питания для модуля источника тактовых импульсов предоставляется бесплатно. Если источник тактовых импульсов является перестраиваемым по частоте и основан на конструкции ГУН, то легко выполняются тесты с перенапряжением питания и напряжением настройки. R&S®FSWP — это правильный инструмент для проверки производительности самых чистых источников тактового сигнала, чтобы гарантировать, что тактовый сигнал не влияет на общую производительность системы. Кроме того, в качестве более экономичной альтернативы доступен R&S®FSPN.

Параллельное измерение фазового шума и поиск побочных эффектов/гармоник в спектральной области.

/

Параллельное измерение фазового шума и поиск побочных эффектов/гармоник в спектральной области.

Открыть лайтбокс

    {{{логин}}}
  • Корзина 

{{{выпадающее меню}}}

{{! ]]> }}

Надежный метод измерения джиттера тактового сигнала

Введение

Дрожание тактового сигнала — это изменение частоты или периода тактового сигнала. Любое измерение несет одну и ту же информацию, но измерение периода представляет собой простое измерение временного интервала, которое легко выполняется с помощью осциллографа реального времени.

Чтобы измерить джиттер тактового сигнала как изменение периода, мы измеряем временной интервал между каждым последовательным нарастающим фронтом при одном и том же пороге пересечения в течение нескольких циклов. После измерения периода абсолютного тактового сигнала, как показано на рисунке 1, мы строим трек и гистограмму периода от цикла к циклу для статистического анализа вариации.

В процессе выполнения этого измерения мы проводим серию тестов тактового сигнала осциллографа и корректировку временной развертки для проверки согласованности. Хотя измерение джиттера связано не столько с абсолютной точностью, сколько с относительной точностью измерения временного интервала от цикла к циклу, фундаментальной частью этого является обеспечение абсолютной точности временной развертки осциллографа.

Если у нас есть надежный способ измерения джиттера тактового сигнала, у нас есть основа для измерения чувствительности тактового сигнала к другим особенностям среды, которые могут повлиять на период. Шум напряжения на шине питания — это лишь одна из внешних сил, которая может повлиять на джиттер тактовых импульсов, и мы покажем вам, как его измерить в примечаниях по применению Измерение чувствительности джиттера тактовых импульсов к шуму на шине питания .

Испытательное оборудование

Эти указания по применению представляют собой пошаговое руководство, которое вы можете выполнить в своей лаборатории, используя собственный источник тактового сигнала.

Помимо источника тактового сигнала вам потребуется:

Осциллограф реального времени , способный 5x дискретизировать полосу пропускания сигнала на основе времени нарастания сигнала (полоса пропускания = 5*(0,35/t нарастания). ) для осциллографов с однополюсной частотной характеристикой)

Мы использовали 12-разрядный, 4-канальный, 8 ГГц, 20 Гвыб/с, 5 Гвыб осциллограф WavePro HD с джиттером тактового импульса 60 фс для измерения прямоугольного сигнала между 10 и 66 МГц. Мы рекомендуем по крайней мере 2-канальный осциллограф, 2 ГГц, 20 Гвыб/с с функциями трека и гистограммы.

Генератор синтезированных функций или другой источник сигнала с известной частотой, точность частоты 1 часть на миллион (PPM), частота не менее 50 МГц

сигнал 5 В и подал его на осциллограф на С1.

Два коаксиальных кабеля 50 Ом для ввода сигналов от тактового и функционального генератора или эквивалентного несимметричного пробника для линии тактового сигнала.

Источник тактового сигнала, используемый в наших примерах, представляет собой 5-каскадный кольцевой генератор на основе шестнадцатеричного инвертора 74AC14 с питанием от шины 5 В, как показано на рис. 2, встроенной в печатную плату. исходный вход каскада 1, что приводит к колебаниям с периодом, равным 10-кратной задержке распространения каждого каскада инвертора. Указанная задержка распространения для уровня мощности 5 В составляет от 1,5 нс до 10 нс, поэтому период синхронизации находится в диапазоне от 15 нс до 100 нс для частоты от 66 МГц до 10 МГц. Именно из-за этих крайних вариаций так важно тестировать джиттер тактовых импульсов на месте для каждого приложения.

Пошаговая инструкция

Перед измерением джиттера тактового сигнала рекомендуется провести проверку точности временной развертки осциллографа с помощью известного источника, чтобы убедиться, что он соответствует спецификации.

1. Включите известные каналы источника и тактового сигнала.

2. Вызовите настройки осциллографа по умолчанию, чтобы перевести его в известное состояние.

3. Установите триггер по фронту 50% на известном исходном канале.

4. Используя параметры со статистикой, измерьте время нарастания сигнала, частоту и период примерно для 10 000 циклов. 96 = 9,333, что указывает на то, что абсолютная точность временной развертки осциллографа составляет менее 10 частей на миллион.

6. Установите самую высокую фиксированную частоту дискретизации, доступную на осциллографе.

Наша частота дискретизации установлена ​​на 20 Гвыб/с, максимум для 4 каналов WavePro HD.

7. Установите триггер по фронту 50% на канале тактового сигнала.

8. Отрегулируйте В/дел канала тактового сигнала и Время/дел до тех пор, пока на координатной сетке не появятся два периода сигнала.

9. Используя форму сигнала на дисплее, оцените период тактового сигнала и время нарастания.

На рис. 4 показана форма сигнала кольцевого генератора на C2. Период чуть больше четырех делений, что при 5 нс/дел составляет около 21 нс. Время нарастания составляет чуть меньше двух второстепенных делений, каждое из которых соответствует 1 нс, т. е. около 1,5 нс.

10. Используя параметры со статистикой, измерьте время нарастания, частоту и период тактового сигнала.

Совет: На осциллографах OneTouch можно просто перетащить поле дескриптора тактового сигнала в ячейки таблицы измерений, чтобы переключить измерения с известного источника на тактовый сигнал.

С параметрами мы измеряем среднюю частоту 48 МГц, соответствующую периоду 20,75 нс, очень близкому к предполагаемому 21 нс и в пределах заданного диапазона от 10 до 66 МГц. Расчетное время нарастания составило 1,5 нс, а измеренное значение — 1,38 нс.

Стандартное отклонение (sdev) — это мера разброса значений относительно среднего значения. По определению, в распределении Гаусса 68% всех измеренных значений находятся в пределах ±1 стандартного отклонения от среднего значения. Значение периода sdev является хорошим показателем качества джиттера тактового сигнала, который является мерой отклонения от среднего значения.

При включенной статистике автоматически рассчитывается sdev для каждого измерения параметра. Наше измерение sdev тактового периода составляет 6,18 пс. Учитывая, что интервал дискретизации осциллографа при этой временной развертке составляет 50 пс, то, что sdev меньше периода дискретизации, указывает на то, что к измеренным значениям применяется интерполяция для увеличения временного разрешения.

Однако, поскольку собственный джиттер тактового импульса осциллографа составляет 60 фс, и мы установили точность ~9PPM, измеренный джиттер периода в 6,18 пс намного выше основного предела осциллографа.

11. Сохраняя максимальную фиксированную частоту дискретизации, увеличивайте Time/div до тех пор, пока не получите большое количество непрерывных циклов.

Мы рекомендуем захватывать от двух до четырех миллионов образцов за один сбор данных, что является хорошим балансом между временем обработки и длиной записи.

В нашем примере мы увеличиваем разрешение до 20 мкс/дел, получая общее время сбора данных 200 мкс и длину записи 4 млн точек выборки.

При 4 млн точек за сбор данных и более 6,3 млн измерений в буфере наше измерение периода по-прежнему имеет sdev 6,1 пс — около 6 пс каждые 20 нс, или около 0,03 % вариации периода. (Примечание: масштаб сигнала 5 нс/дел, который накладывается на сигнал 20 мкс/дел на рис. 5, не требуется.)

12. Создайте функцию отслеживания измерения периода. Вы можете просто щелкнуть ячейку периода в таблице измерений, чтобы открыть диалоговое окно настройки измерения (P n ), затем нажать кнопку «Отслеживание» в диалоговом окне.

Трек отображает измеренные значения параметров синхронно с полученной формой сигнала. Любое изменение периода сопоставляется с его появлением на полученной форме сигнала. Получив дорожку, мы можем выполнить ее как статистический, так и частотный анализ, чтобы отличить «отпечаток» нормального джиттера тактового сигнала от «отпечатка» других источников джиттера в цепи.

13. Создайте функцию гистограммы измерения периода. Находясь в диалоговом окне периода P n , нажмите кнопку «Гистограмма» в диалоговом окне.

Гистограмма сортирует значения периода в ячейках одинаковой «ширины» или диапазона значений. Затем он строит гистограмму количества значений в каждой ячейке по сравнению с измеренным значением.

14. Измените гистограмму, чтобы отобразить 20 000 значений в 100 интервалах шириной 10 пс каждый. Вы можете щелкнуть поле дескриптора гистограммы, чтобы открыть диалоговое окно настройки функции (F n ), а затем изменить настройки в поддиалоге гистограммы справа.

15. Используя масштабную сетку, оцените количество пикосекунд на гистограмме от края до края на высоте центра (полная ширина-половина максимума). В качестве альтернативы создайте параметр гистограммы, измеряющий полную ширину-половину максимума (здесь не показано). Это должно примерно равняться измеренному периоду sdev.

На рис. 6 показаны и дорожка, и гистограмма нашего измерения периода. Функция отслеживания отображается поверх полученной формы сигнала, а гистограмма строится в отдельной сетке.

Вертикальный масштаб нашей функции отслеживания составляет 10 пс/дел, такой же, как и горизонтальный масштаб нашей гистограммы. Просто «взглянув» на его масштаб, мы можем подтвердить, что sdev соответствует 6 пс sdev, рассчитанному по статистике измерения периода.

Центр гистограммы находится рядом со средним значением измерения периода при 20,7852 нс. Седловидная форма гистограммы характерна для гауссового или нормального распределения, что является хорошим признаком того, что дрожание тактового сигнала является результатом случайного процесса. Измерение полной ширины-половины максимума близко к периоду sdev ±6 пс.

В этот момент стоит выяснить, как частота дискретизации осциллографа влияет на измеряемый джиттер тактового сигнала. Это делается для «осведомленности о ситуации», чтобы убедиться, что приборы не влияют на измерения.

16. Измените временную развертку осциллографа с максимальной частоты дискретизации примерно на половину и отметьте любые изменения периода sdev или формы гистограммы.

Мы уменьшаем с 20 Гвыб/с (разрешение 50 пс) до 10 Гвыб/с (разрешение 100 пс) без существенных изменений.

17. Последовательно снижайте частоту дискретизации до тех пор, пока результаты измерения не станут заметно хуже. Это можно сделать, нажав кнопку со стрелкой вниз рядом с полем Частота дискретизации временной развертки.

Шаг от 5 (200 пс) до 2,5 (400 пс) до 1 Гвыб/с (1 нс). Результат показан на рисунке 7.

Таблица на рисунке 7 показывает, что sdev остается близким к первоначально измеренному значению 6 пс до тех пор, пока частота дискретизации не упадет до 1 Гвыб/с. При скорости 1 Гвыб/с фронты тактового сигнала недостаточно хорошо определяются количеством отсчетов для точного измерения периода. На краю всего около 1,3 семпла (яркие точки на увеличенном сигнале часов). Как правило, для измерения джиттера следует использовать максимально возможную частоту дискретизации. Однако это подтверждает, что даже при частоте дискретизации, равной четверти нашей максимальной, точность измерения хорошая, а при 20 Гвыб/с измерение джиттера вполне заслуживает доверия.

Заключение

Дрожание тактового сигнала можно измерить как стандартное отклонение (sdev) измерения абсолютного периода. Последовательное использование сетки дисплея осциллографа, параметров, дорожек и гистограмм позволяет вам перепроверить данные для подтверждения измерения. Увидев согласованный результат, когда вы доводите различные настройки временной развертки до их пределов, вы подтвердите, заслуживает ли измерение доверия. Для наилучшей точности при измерении любого типа джиттера частота дискретизации осциллографа должна быть как можно выше, а указанный джиттер тактового импульса осциллографа должен быть ниже измеренного джиттера.

Посмотрите эти измерения, проведенные доктором Эриком Богатином на веб-семинаре по запросу Влияние шума шины питания на дрожание тактовых импульсов .

Генератор ВЧ/СВЧ сигналов MG362X1A | Anritsu America

Особенности Пособие
Очень низкий фазовый шум, близко и далеко
  • Выполнение достоверных измерений ENOB с высоким разрешением, гигабитные АЦП/ЦАП
  • Использование в качестве источника гетеродина с низким уровнем шума для преобразования частоты вверх/вниз при тестировании приемников импульсных радаров и приемопередатчиков связи
  • Использование в качестве высокочастотного источника тактового сигнала с очень низким джиттером
Стабильность и точность частоты атомных часов
  • Использование в качестве эталона частоты: с опцией 66 погрешность выходной частоты генератора сигналов можно проследить по эталону национальной эталонной лаборатории в режиме реального времени
  • Использование в качестве точного по частоте и стабильного гетеродина в приложениях с повышающим/понижающим преобразованием
  • Использование в качестве высокоточного и стабильного источника тактового сигнала
  • Незначительное старение частоты
Калибровка уровня и частоты на месте
  • Калибровка уровня и частоты так часто, как это необходимо для обеспечения необходимой точности
  • Улучшенная доступность прибора, так как нет необходимости отправлять генератор сигналов во внешние лаборатории
  • Эффективно и удобно
Очень низкий уровень гармоник и паразитных составляющих
  • Повышение точности нелинейных измерений, таких как P1 дБ, IP2 и IP3 для усилителей и смесителей
  • Повышение точности измерений SFDR и THD для АЦП/ЦАП
  • Нет необходимости в фильтрации для уменьшения гармоник/помех при использовании в качестве источника синхронизации
Генерация четырехимпульсного сигнала и импульсная развертка
  • Моделирование различных типов целей при тестировании импульсных радаров
    • Движущиеся мишени
    • Несколько целей
    • Отражение земли

Адаптеры

Номер модели Описание
1091-26-Р От SMA(вилка) до N(вилка), от 0 до 18 ГГц, 50 Ом
1091-27-Р От SMA(f) до N(m), от 0 до 18 ГГц, 50 Ом
1091-80-Р От SMA(вилка) до N(розетка), от пост. тока до 18 ГГц, 50 Ом
1091-81-Р От SMA(f) до N(f), от 0 до 18 ГГц, 50 Ом
34НК50 Прецизионный адаптер, от N(m) до K(m), от 0 до 18 ГГц, 50 Ом
34НКФ50 Прецизионный адаптер, от N(m) до K(m), от 0 до 18 ГГц, 50 Ом
34НКФ50 Прецизионный адаптер, от N(m) до K(f), от 0 до 18 ГГц, 50 Ом
34NFK50 Прецизионный адаптер, от N(f) до K(m), от 0 до 18 ГГц, 50 Ом
34NFKF50 Прецизионный адаптер, от N(f) до K(f), от 0 до 18 ГГц, 50 Ом
К220Б Прецизионный адаптер, от K(m) до K(m), от 0 до 40 ГГц, 50 Ом
К222Б Прецизионный адаптер, от K(f) до K(f), от 0 до 40 ГГц, 50 Ом
К224Б Прецизионный адаптер, от K(m) до K(f), от 0 до 40 ГГц, 50 Ом
33KK50C Адаптер калибровочного класса, K(m) на K(m), от 0 до 43,5 ГГц, 50 Ом
33KKF50C Адаптер калибровочного класса, от K(m) до K(f), от 0 до 43,5 ГГц, 50 Ом
33KFKF50C Адаптер калибровочного класса, от K(f) до K(f), от 0 до 43,5 ГГц, 50 Ом
34ВФК50А Прецизионный адаптер, от В(f) до K(m), от 0 до 43,5 ГГц, 50 Ом
34ВФКФ50А Прецизионный адаптер, от V(f) до K(f), от постоянного тока до 43,5 ГГц, 50 Ом
34ВК50А Прецизионный адаптер, от В(м) до К(м), от 0 до 43,5 ГГц, 50 Ом
34ВКФ50А Прецизионный адаптер, от В(вилка) до К(розетка), от постоянного тока до 43,5 ГГц, 50 Ом

Кабели для тестовых портов, гибкие, повышенной прочности, фазово-стабильные

Н120-6 Радиочастотные кабели, полужесткие, от N(m) до N(m), по 1 шт. , от 0,01 до 18 ГГц, 50 Ом, 15 см (5,9 дюйма)
НС120МФ-6 Радиочастотные кабели, полужесткие, от N(f) до N(f), по 1 шт., от 0,01 до 18 ГГц, 50 Ом, 15 см (5,9 дюйма)
15NNF50-1.0B Кабель тестового порта, гибкий, фазово-стабильный, 1,0 м (39 дюймов), от 0 до 18 ГГц, от N(f) до N(m), 50 Ом
15НФ50-1.5Б Кабель тестового порта, гибкий, фазово-стабильный, 1,5 м (59 дюймов), от 0 до 18 ГГц, от N(f) до N(m), 50 Ом
15НН50-1.0Б Кабель тестового порта, гибкий, фазово-стабильный, 1,0 м (39 дюймов), от 0 до 18 ГГц, от N(м) до N(м), 50 Ом
15LLF50-1.0A Кабель тестового порта, армированный, фазово-стабильный, 1,0 м (39 дюймов), от 0 до 20 ГГц, от 3,5 мм (вилка) до 3,5 мм (мама), 50 Ом
15KKF50-1.0A Кабель тестового порта, армированный, фазово-стабильный, 1,0 м (39 дюймов), от 0 до 20 ГГц, от K(m) до K(f), 50 Ом
3671KFS50-60 Кабель тестового порта, гибкий, фазово-стабильный, от 0 до 26,5 ГГц, от K(f) до 3,5 мм(m), 63,5 см, 50 Ом
3671KFK50-60 Кабель тестового порта, гибкий, фазово-стабильный, от 0 до 40 ГГц, от K(f) до K(m), 63,5 см (25 дюймов), 50 Ом
3671KFKF50-60 Кабель тестового порта, гибкий, фазово-стабильный, от 0 до 40 ГГц, от K(f) до K(f), 63,5 см (25 дюймов), 50 Ом
3671КФК50-100 Кабель тестового порта, гибкий, фазово-стабильный, от 0 до 40 ГГц, от K(f) до K(m), 1 м (38 дюймов), 50 Ом
806-206-Р Гибкий фазово-стабильный кабель, от 0 до 70 ГГц, 24 дюйма (61 см), В (вилка) – В (розетка), 50 Ом
806-209-Р Гибкий фазово-стабильный кабель, от 0 до 70 ГГц, 36 дюймов (91,5 см), В(м) – В(г), 50 Ом
806-304-Р Гибкий фазово-стабильный кабель, от 0 до 40 ГГц, 36 дюймов (91,5 см), K(m) – K(f), 50 Ом
806-396-Р Гибкий фазостабильный кабель с малыми потерями, от 0 до 70 ГГц, 36 дюймов (91,5 см), В(м)-В(гнездо), 50 Ом

Фазостабильные полужесткие кабели 18 ГГц, 40 ГГц и 43,5 ГГц (бронированные)

3670N50-1 Кабель тестового порта, армированный, полужесткий, 30,48 см (1 фут), от 0 до 18 ГГц, от N(m) до N(f), 50 Ом
3670N50-2 Кабель тестового порта, армированный, полужесткий, 60,96 см (2 фута), от 0 до 18 ГГц, от N(m) до N(f), 50 Ом
3670NN50-1 Кабель тестового порта, армированный, полужесткий, 30,48 см (1 фут), от 0 до 18 ГГц, от N(вилка) до N(вилка), 50 Ом
3670NN50-2 Кабель тестового порта, армированный, полужесткий, 60,96 см (2 фута), от 0 до 18 ГГц, от N(вилка) до N(вилка), 50 Ом
3670K50A-1 Кабель тестового порта, армированный, полужесткий, 30,48 см (1 фут), от 0 до 43,5 ГГц, от K(m) до K(f), 50 Ом
3670K50A-2 Кабель тестового порта, армированный, полужесткий, 60,96 см (2 фута), от 0 до 43,5 ГГц, от K(m) до K(f), 50 Ом

Номер модели Описание
01-200 Откалиброванный динамометрический ключ, GPC-7 и тип N
01-201 Динамометрический торцевой ключ, 5/16 дюйма, 0,9 Н·м (8 фунт-сила·дюйм) (для затяжки устройств с наружной резьбой, для SMA, 3,5 мм, 2,4 мм, K- и V-разъемов)
01-203 Динамометрический торцевой ключ, 13/16 дюйма, 0,9 Н·м (8 фунт-сила·дюйм) (для затягивания разъемов SMA повышенной прочности, 2,4 мм, K и V тестовых портов)
01-204 Торцевой ключ, 5/16 дюйма, универсальный, круглый, с открытым концом (для разъемов SMA, 3,5 мм, 2,4 мм, K и V)

Точность и стабильность частоты сети 50 Гц

Точность и стабильность частоты сети 50 Гц

Обновление об аномалии за февраль 2018 г. здесь.

Источником питания в большинстве стран является переменный ток при 50 (например, Европа) или 60 (например, Америка) Гц. Многие электрические и электронные часы используют это не только для питания, но и также в качестве опорной частоты для отслеживания времени. Эти 50 или 60 Гц не совсем стабильны из-за постоянно меняющегося нагрузка электросети и реакция генератора на изменение нагрузки. Однако говорят, что в долгосрочной перспективе (например, день или неделя) средняя частота держится очень близко к 50 или 60 Гц, именно из-за часов, использующих их. Я сделал некоторые измерения на частоте сети 50 Гц у себя дома. в Энсхеде (Нидерланды), результаты из которых представлены ниже.

Отклонение фазы и частоты

На следующем графике красная линия, указывает наблюдаемую фазовую ошибку (которую представляет собой ошибка синхронизации с сетью). часов) в течение 69 дней с С 13 августа по 21 октября 2005 г. Зеленые и голубые линии показывают частоту за тот же период.

Явно наблюдаются суточные колебания в фазе обычно около 5 секунд, но случаются и большие вариации, в общей сложности около 60 секунд. в период измерения. Я где-то читал, что энергетические компании следят за тем, чтобы количество циклов в одном весь день всегда правильно, но здесь это явно не так.

Частота до сих пор редко отклонялась более чем на 0,2 % от 50 Гц, т.е. она почти всегда была между 49,9 и 50,1 Гц.

Стабильность

устойчивость периодического сигнала можно охарактеризовать его так называемым отклонение Аллана (которое представляет собой квадратный корень из отклонения Аллана ). Это отклонение связано с заданным временем усреднения, которое следует интерпретировать как продолжительность измерения; грубо говоря, если отклонение Аллана при продолжительности усреднения 10 секунд равно 10 -4 , это означает, что если вы измерите частоту в течение 10 секунд и еще раз в течение следующих 10 секунд эти измерения будут различаться в среднем на 0,01 %. Обратите внимание, что это не делает никаких заявлений о том, как точный частота: оба измерения могут значительно отличаться от номинального значения. Более подробное объяснение и определение см. публикацию в Usenet или запись в этот глоссарий.

На приведенном выше графике показано отклонение Аллана и так называемое модифицированное отклонение Аллана, найденное в моих измерениях. Относительно большое отклонение в очень малых масштабах времени вполне может быть связано с неточностями измерения, шум в линиях электропередач и т.д. Однако из графика видно, что на малых временах порядка секунды частота намного более стабильна, чем на порядок, например. четверть часа; предположительно, это связано с механической инерцией генераторов: они просто не могут изменить свои скорость вращения быстро. Для очень больших временных масштабов, порядка суток и более, стабильность снова явно возрастает, что предположительно связано с тем, что энергетические компании зафиксировали среднюю частоту на несколько большем стабильный источник.

Настройка измерения

Установка для этих измерений была очень простой: простой трансформатор для преобразования 230 вольт примерно до 15 вольт, и резистивный делитель напряжения, который питает этот низковольтный 50 Гц синусоидальную волну в линию DCD порта RS232 на моем ПК под управлением Linux. Я изменил драйвер COM-порта в ядре Linux, чтобы создать отметку времени в потоке данных. каждый раз, когда DCD становится активным; некоторое программное обеспечение пользовательского пространства устраняет сбои, проверяет наличие пробелов в данных, и рассчитывает фазовые и частотные отклонения на графике выше.

Часы Linux-ПК были синхронизированы с использованием протокола сетевого времени (NTP). через Интернет к (в конце концов) атомным часам GPS. Время прохождения туда-обратно к NTP-серверу через мой ADSL-канал составляло около 14 мс, поэтому это должно сделать часы ПК работают достаточно точно, чтобы не пропустить циклы сети (и, вероятно, намного лучше).

К сожалению, по неизвестной причине NTP-синхронизация моей машины 27 августа произошел сбой, когда ntpd применил три прыжка к часам ПК. несколько децисекунд каждый, а также позволить часам идти несколько сотни ppm слишком быстро или медленно (согласно системному журналу). Данные за этот период не учитывались при расчете Аллана. отклонение.
3 сентября я не мог избежать перезагрузки компьютера дважды, что вызвало перерывы в измерениях по несколько минут каждый. К сожалению, во время такого перерыва в несколько сотен секунд, сеть может легко потерять или выиграть несколько циклов по сравнению с реальными 50 Гц. Для полного отклонения фазы (первый график) это не вызывает видимого погрешность, так как вертикальная шкала имеет диапазон 2000 циклов. Однако расчет отклонения Аллана (второй график) возмущены, поэтому я изменил его расчет, чтобы обработать измерения до а после перерывов как самостоятельный.
Кроме того, 27 сентября произошел сбой синхронизации NTP (причина неизвестна), чего я не замечал до 8 октября, когда часы моего ПК выиграл около 0,86 секунды; это было компенсировано задним числом поскольку, если предположить, что эта ошибка линейно нарастала в течение этого периода (наверное квадратное было бы точнее, но погрешность незначительна в этом масштабе).

Взгляд энергетической компании

Поскольку мои измерения не дали однозначного ответа на главный вопрос, а именно регулируется ли долгосрочная средняя частота точно до 50 Гц, я отправил вопрос в свою энергетическую компанию (Essent) обслуживание клиентов. Почти две недели спустя я получил хороший ответ с некоторыми фактами и отсылая меня на сайт UCTE (Союз по координации передачи электроэнергии), организация операторов системы электропередачи в континентальных Европе и некоторых соседних странах, и в частности в их оперативный справочник на http://www.ucte.org/ohb/cur_status.asp. В разделе P.1.D этого справочника говорится, что долгосрочное среднее значение частота действительно регулируется точно до 50 Гц, поэтому питание от сети часы никогда не отклонятся слишком далеко. Правила выглядят следующим образом:
  • В краткосрочной перспективе (от секунд до часов) используются несколько механизмов которые постоянно пытаются поддерживать частоту как можно ближе к 50,0000 Гц, но без учета фазы (т. е. ошибки часов).
  • До тех пор, пока отклонение между истинным временем и указанным временем по часам с питанием от сети менее 20 секунд, наблюдаемых в 8 часов утром никаких дополнительных мер не предпринимается.
  • Когда это отклонение превышает 20 секунд, запланирована коррекция: в течение следующих суток (с полуночи до полуночи) регуляторы частоты во всей зоне будет установлено на 10 мГц выше или ниже, чем нормальный 50.0000 Гц. В идеале это приводит к коррекции на 17,28 секунды.
  • Приведенное выше обычно должно удерживать отклонение в пределах 30 секунд. Только в том случае, если отклонение превышает 60 секунд, выполняются большие исправления. разрешено более 10 мГц.
Можем ли мы увидеть эти суточные поправки на 10 МГц на графике? Кажется, период между 41 и 43 днями действительно является таким коррекция: в предыдущие дни фаза медленно уходила вверх, а затем в течение двух суток фаза смещается вниз в течение 34 секунд: удивительно красиво 17 секунд в день.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.