Тактирование цифровых схем

Содержание

Генераторы с инверторами

Сделать генератор импульсов своими руками с инверторами можно и в домашних условиях. Для этого адаптер потребуется бесконденсаторного типа. Резисторы лучше всего использовать именно полевые. Параметр передачи импульса у них находится на довольно высоком уровне. Конденсаторы к устройству необходимо подбирать исходя из мощности адаптера. Если его выходное напряжение составляет 2 В, то минимальная емкость конденсатора должна находиться на уровне 4 пФ

Дополнительно важно следить за параметром отрицательного сопротивления. В среднем он обязан колебаться в районе 8 Ом


Смотреть галерею

Тактирование от RC-цепи

Тактирование от RC-цепочки осуществляется вот по такой схеме:

Здесь мы берем конденсатор емкостью не менее 22 пФ, а резистор от 10 Ом и до 100 КилоОм. По простой формуле можно с легкостью рассчитать частоту, на которой будет тактироваться наш МК:

где

F – частота, Гц.

R – сопротивление резистора, Ом.

С – емкость, Фарад.

Внутренний RC-генератор и внешняя RC-цепь дают нестабильную частоту, которая “гуляет” и зависит от температуры. Для того чтобы помигать светодиодом и прочих неответственных действий, нам это будет не принципиально. В наших проектах, поначалу не требующих особой точности, мы будем использовать тактирование от внутреннего RC-генератора.

Но чтобы получить очень точную частоту тактирования, которая почти не гуляет, надо использовать кварц

Тактирование от кварца важно при создании точных измерительных приборов, электронных часов, устройств сложной и точной автоматики, да и вообще любых устройств, где важна точность и не допустимы малейшие отклонения

Итак, как мы помним из предыдущей статьи, некоторые ножки имеют двойное назначение, и помимо того, что могут использоваться как порты ввода-вывода, также используются для обеспечения расширения функций МК. Действительно, если МК сконфигурирован для работы от внутреннего RC-генератора, вам достаточно подать на него питание +5 Вольт и землю, и микроконтроллер включится и начнет выполнять программу. Но если вы выпаяли микроконтроллер из какого-либо устройства и он должен был в нем тактироваться от кварца, или по ошибке выставляя биты конфигурации, вы выставили тактирование от кварца, МК перестанет у вас быть виден в программе оболочке, и не сможет выполнять программу, даже если вы подадите на него +5 Вольт и землю.

Что же делать в таком случае? В первую очередь не паниковать) и собрать схему с тактированием от кварца, и тогда мы сделаем видимым наш МК, который вдруг может быть переставать у вас определяться оболочкой программатора и работать в схеме, если вы ошибочно переведете МК в режим тактирования от кварца, путем выставления определенных фьюзов. Об этом мы как-нибудь еще поговорим 😉

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.

Электромагнитная совместимость

Согласование импеданса и фильтр нижних частот

Тактовый генератор без конденсаторов в сигнальных линиях

Несмотря на то, что скорость обработки компьютеров постоянно увеличивается, уровень электромагнитной совместимости остается практически неизменным. Измеримые излучения в основном вызваны проводным излучением от токопроводящих дорожек на материнской плате и их связью с другими проводниками. Чтобы избежать этого излучения, концы линий сигнальных прекращаются с нагрузкой . Чтобы адаптировать выход тактового генератора к соответствующему приложению, сигнал пропускается через резистор, подключенный последовательно. Однако это также вызывает задержку распространения сигнала. Этого можно пожелать. Чтобы избежать высокочастотных помех ( гармоник ), элемент адаптирован к времени работы и сопротивлению на выходе . Дополнительные компоненты приводят к расходам, которые часто сокращаются за счет отказа от конденсаторов . Это затрудняет соблюдение производителем ПК предельных значений электромагнитной совместимости согласно . Из-за затрат тактовые генераторы в основном производились на старых системах производства полупроводников, что приводило к увеличению поперечных токов при переключении вентилей.

Распространение частот

Другой метод ограничения интерференции — спектральное распределение энергии интерференционного излучения. В частотном расширении ( english Spectrum spread ) работает с частотной модуляцией. Это делается при программировании делителя частоты синтезатора. Некоторые тактовые генераторы допускают частотный разброс 0,25 МГц или 0,5 МГц, а также исключительную модуляцию вниз. Это устанавливается в настройках BIOS . Нисходящая модуляция приводит к тому, что компьютер незначительно понижает тактовую частоту, но не работает с частотой выше указанной в любое время, и что указанные времена задержки затвора схемы, которая должна синхронизироваться, не превышаются. С некоторыми генераторами тактовых импульсов на практике ошибки делителей частоты в синтезаторе больше, чем растяжение вверх. Они являются результатом экономически эффективного приближения генерируемой частоты и, следовательно, являются наименьшим общим кратным делителей и счетчиков в синтезаторе. Разница составляет от 1 до 66.

Схема печатной платы

Тактовый генератор на острове печатной платы (запись с подсветкой основной платы)

Для того чтобы сохранить выбросы тактового генератора низкого уровня , рабочее напряжение является — фильтр низких частот развязаны. Кроме того, потенциал земли отделен от остальной части материнской платы за исключением одной точки, так что излучения не передаются в рабочие напряжения через сопротивление линии. В качестве альтернативы тактовый генератор изолирован на острове над слоем заземления на материнской плате. Таким образом, он частично экранирован и изолирован от остальной цепи. Тактовые генераторы имеют несколько контактов для заземления и рабочего напряжения. Это можно использовать для отдельной фильтрации рабочего напряжения.

Применение генераторов синхронизирующих сигналов в сетях SONET

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.

Для функционирования цифровых схем характерен строгий порядок че­ре­дования логических состояний. Он называется тактированием и ис­чис­ляется в (кило-, мега-, гига-) герцах. Так, например, системное вре­мя тактируется частотой в 32 КГц, а ес­ли точнее — 32768 Гц. Почему? От­вет три­ви­аль­ный: в основе работы системных ча­сов лежит использование пят­над­ца­ти­раз­ряд­но­го двоичного счетчика (2 15 ). Если его ин­кре­мен­ти­ро­вать — увеличивать значение на единицу — с частотой 32768 Гц, он будет переполняться еже­се­кун­д­но, что позволит ре­а­ли­зо­вать схему системных часов на типовой логике без особых конструктивных слож­но­с­тей.

Рис 1. Блок-схема кварцевых часов

Как узнать «clock generator» материнской платы?

Разобраться с поставленной задачей способен только инструмент SetFSB, а потому и действовать придется следующим образом: * Загрузить архив с инструментом с официального сайта.

  1. Сразу после пробного запуска ввести в пустующее текстовое поле идентификационный номер, расположенный в верхней части интерфейса (на скриншоте, к примеру, видна комбинация 1726030115).
  2. После того, как будет пройдена своеобразная проверка на наличие лицензии, появится новое информационно-справочное окошко, где перечислено колоссальное количество разнообразной информации. В том числе и показатель Clock Generator. Если указанное окошко пустует придется или заново провести тестирование, или же закрыть SetFSB, а затем вновь ввести идентификационный номер в пустующее текстовое окошко. Как подсказывает практика, с третьего или четвертого раза нужная информация обязательно появится.

Удивительно, но аналоги SetFSB в сети до сих пор не появились. А потому для проверки Clock Generator придется следовать за инструкцией, описанной выше!

Тактовые сигналы

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.

Мультивибратор в автоколебательном режиме

На рисунке 1 показана наиболее распространенная схема мультивибратора на транзисторах с емкостными коллекторно-базовыми связями, на рисунке 2 — графики, поясняющие принцип его работы. Мультивибратор состоит из двух усилительных каскадов на резиках. Выход каждого каскада соединен со входом другого каскада через кондеры С1 и С2.

Рис. 1 — Мультивибратор на транзисторах с емкостными коллекторно-базовыми связями

Мультивибратор, у которого транзисторы идентичны, а параметры симметричных элементов одинаковы, называется симметричным

Обе части периода его колебаний равны и скважность равна 2. Если кто забыл, что такое скважность, напоминаю: скважность — это отношение периода повторения к длительности импульса Q=Tи/tи

Величина, обратная скважности называется коэффициентом заполнения. Так вот, если имеются различия в параметрах, то мультивибратор будет несимметричным.

Мультивибратор в автоколебательном режиме имеет два состояния квазиравновесия, когда один из транзисторов находится в режиме насыщения, другой — в режиме отсечки и наоборот. Эти состояния не устойчивые. Переход схемы из одного состояния в другое происходит лавинообразно из-за глубокой ПОС.

Рис. 2 — Графики, поясняющие работу симметричного мультивибратора

Допустим, при включении питания транзистор VT1 открыт и насыщен током, проходящим через резик R3. Напряжение на его коллекторе минимально. Кондер С1 разряжается. Транзистор VT2 закрыт и кондер С2 заряжается. Напряжение на кондере С1 стремится к нулю, а потенциал на базе транзистора VT2 постепенно становится положительным и VT2 начинает открываться. Напряжение на его коллекторе уменьшается и кондер С2 начинает разряжаться, транзистор VT1 закрывается. Далее процесс повторяется до бесконечности.

Параеметры схемы должны быть следующими: R1=R4, R2=R3, C1=C2. Длительность импульсов определяется по формуле:

Период импульсов определяется:

Ну а чтобы определить частоту, надо единицу разделить на вот эту вот хренотень (см. чуть выше).

Выходные импульсы снимаются с коллектора одного из транзисторов, причем с какого именно — не важно. Другими словами, в схеме два выхода

Улучшение формы выходных импульсов мультивибратора, снимаемых с коллектора транзистора, может быть достигнуто включением разделительных (отключающих) диодов в цепи коллекторов, как показано на рисунке 3. Через эти диоды параллельно коллекторным нагрузкам подключены дополнительные резики Rд1 и Rд2.

Рис. 3 — Мультивибратор с улучшенной формой выходных импульсов

В этой схеме после закрывания одного из транзисторов и понижения потенциалла коллектора подключенный к его коллектору диод также закрывается, отключая кондер от коллекторной цепи. Заряд кондера происходит через дополнительный резик Rд, а не через резик в коллекторной цепи, и потенциал коллектора запирающегося транзистора почти скачком становится равным Eк. Максимальная длительность фронтов импульсов в коллекторных цепях определяется в основном частотными свойствами транзисторов.

Такая схема позволяет получить импульсы почти прямоугольной формы, но её недостатки заключаются в более низкой максимальной скважности и невозможностью плавной регулировки периода колебаний. На рисунке 4 приведена схема быстродействующего мультивибратора, обеспечивающая высокую частоту автоколебаний

На рисунке 4 приведена схема быстродействующего мультивибратора, обеспечивающая высокую частоту автоколебаний.

Рис. 4 — Быстродействующий мультивибратор

В этой схеме резики R2, R4 подключены параллельно кондерам С1 и С2, а резики R1, R3 ,R4, R6 образуют делители напряжения, стабилизирующие потенциал базы открытого транзистора (при токе делителя, большем тока базы). При переключении мультивибратора ток базы насыщенного транзистора изменяется более резко, чем в ранее рассмотренных схемах, что сокращает время рассасывания зарядов в базе и ускоряет выход транзистора из насыщения.

Эстетическая перспектива: не слепое прослушивание

На протяжении более десяти лет единственным неизменно верным мнением по поводу внешних генераторов тактовых импульсов было мнение работающих инженеров, которые не проводили ни объективных измерений, ни двойных слепых тестов.

Субъективные оценки никогда не удовлетворят требования эмпирической науки, но, возможно, было бы разумно научиться немного больше доверять субъективным впечатлениям наших коллег при рассмотрении цифровых аудиосистем. Как однажды прекрасно выразился Дюк Эллингтон: «Если что-то звучит хорошо, значит, это хорошо». Шутливая реприза для века цифровых технологий могла бы выглядеть так: «Если что-то звучит хорошо, значит, вероятнее всего, в нем мало джиттера».

Несмотря на то, что материал об изучении человеческого восприятия таких вещей, как джиттер, частота дискретизации, конструкция фильтра, кабельная обвязка и др., начинает появляться в профессиональной литературе, вероятность того, что на передовые объективные исследования в области интересов профессионального аудио будут потрачены значительные ресурсы, стремится к нулю — аудио просто не является приоритетным направлением таких исследований. Между тем, уши экспертов могут быть лучшим, а зачастую и единственным «испытательным оборудованием», которое у нас есть.

Причем мы имеем в виду обычное прослушивание с полным длительным погружением в музыку, а не двойные слепые тесты с краткосрочным сравнением. Другими словами, это рекорд-мейкеры за работой. Мы вполне отдаем себе отчет, что эта рекомендация напрямую затрагивает самую суть неразрешимых споров между объективистами и субъективистами, которые настолько сильно разгорелись в среде аудиофилов, что на одном популярном форуме обсуждение данной темы даже попало под запрет.

Мы никогда не станем утверждать, что сможем быстро положить конец этим вечным прениям. Наоборот, поскольку данный спор по своей сути неразрешим, мы стремимся потратить наши силы на наведение мостов между объективными и субъективными оценками, а не на выяснение того, какая из них правильная.

Перед публикацией данного материала Боб Кац (Bob Katz) написал нам: «Проблемы с джиттером очень сложны, а предвзятость ожиданий настолько распространена, что, простите, к вашим «иммерсивным» не слепым тестам будут относиться скептически. Равно как и не существует устраивающего всех варианта слепого тестирования. Проводите вы его или нет — вас все равно обвинят.

Я бывал под прицелом критики с обеих сторон, и теперь, когда я прихожу к любому субъективному выводу, я всегда оговариваюсь, что он построен лишь на этом конкретном примере. Если мы не делаем слепых тестов — тогда это максимум научности, который мы можем себе позволить. Смиритесь!»

И нам придется с этим смириться. Тем не менее, когда мы находим достаточное количество экспертов, формирующих субъективное согласованное мнение в отношении одной и той же особенности цифровой аудиосистемы, приходит время для тех, кто способен объективно измерить параметры этих систем и помочь пролить свет на ситуацию.

Странный случай с внешним тактированием учит нас способам достижения консенсуса между тем, что говорят наши уши и наши осциллографы. В этом случае мы совершенствуемся как представители профессиональной сферы (или возвращаемся к былому профессионализму). И мы надеемся, что это станет ведущей тенденцией для нынешнего и последующего десятилетий.

Кроме того, поскольку мы выявили ценность точной оценки вдумчивого не слепого прослушивания на примере моделей Digidesign 192 с высоким джиттером (см. выше), мы также надеемся, что наши упорные коллеги-объективисты начнут дорожить подобными «зрячими» тестами как надежной отправной точкой для определения влияния тактовых генераторов на цифровые аудиосистемы, а не просто ошибочно отвергать подобные оценки, пеняя на эффект плацебо.

Тактовые сигналы

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.

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.

Как заставить ПК запускаться с новой частотой?

Вам уже должно быть известно, программа работает с новой частотой лишь только до перезагрузки. Поэтому, чтобы компьютер всегда запускался с новой частотой системной шины, необходимо поставить программу в автозагрузку. Это обязательное условие, если вы хотите пользоваться разогнанным компьютером на постоянной основе. Однако в данном случае речь пойдет не о простом добавлении программы в папку «Автозагрузка». Для этого есть свой способ — создание bat-скрипта.

Открывает «Блокнот», где мы и будем создавать скрипт. Пишем там строку, примерно такую:

C:DesktopSetFSB 2.2.129.95setfsb.exe –w15 –s668 –cg

Итак, разбираем ее:

C:DesktopSetFSB 2.2.129.95setfsb.exe — это путь к самой утилите. У вас может различать место расположения и версия программы! -w15 — задержка перед запуском программы (измеряется в секундах). -s668 — настройка разгона. Ваша цифра будет отличаться! Чтобы узнать ее, посмотрите на зеленое поле во вкладке Control программы. Там будут указаны два числа через слеш. Берите первое число. -cg — модель вашего PLL. Эти данные у вас могут быть другими! В квадратные скобки необходимо вписать модель вашего PLL так, как она указана в SetFSB.

После того, как строка была создана, сохраните файл как .bat.

Последний шаг — добавляем бат в автозагрузку путем перемещения ярлыка в папку «Автозагрузка» или через правку реестра (этот способ вы найдете в интернете).

Тактовая частота процессора и её подвох

Рассмотрим подробнее вопрос, почему тактовая частота процессора не гарантирует его высокой работоспособности. Тактовая частота, как понятно из ее названия, состоит из тактов, или периодов тактовой частоты. На каждую операцию, выполняемую процессором, затрачивается один такт и несколько циклов ожидания. Цикл ожидания представляет собой «пустой» такт, т.е. такт, во время которого не выполняются никакие операции. Циклы ожидания необходимы для обеспечения синхронной работы различных по быстродействию компонентов компьютера. На выполнение различных команд тратится разное количество тактов. Например, процессор Core i3 может выполнить минимум 12 команды за каждый такт. Чем меньше тактов требуется для выполнения команды, тем выше быстродействие процессора. Кроме того, на быстродействие влияют и другие факторы, например, объем кеш-памяти первого/второго уровней.

Процессоры Core I и Athlon II обладают различной внутренней архитектурой  поэтому команды в них выполняются по-разному. В результате сравнивать эти процессоры по тактовой частоте нельзя. К примеру, процессор Athlon II X4 641 с тактовой частотой 2,8 ГГц обладает производительностью  примерно сопоставимой с процессором Core I3, работающим с частотой 3 ГГц.

Узнаем каким образом частота процессора влияет на скорость в приложениях, видео и играх…

Реклама смартфонов может ввести в ступор — она содержит разнообразные технические характеристики мобильного устройство, которые остаются непонятными для большинства пользователей.

Сегодня мы также ответим на вопрос на что влияет частота процессора в смартфоне.

Все вышеуказанные обозначения указывают на технические характеристики смартфона. Разберем все перечисленные параметры по порядку — начнём с процессора.

Что такое четырех ядерный процессор? Количество ядер — это параметр, который описывает во сколько потоков одновременно процессор может проводить вычислительные действия.

На вопрос на что влияет процессор в смартфоне — ответим далее, но для начала разберем основные обозначения технических характеристик смартфона.

  • 128 Gb SSD — данный параметр указывает на ёмкость постоянной памяти;
  • 4Gb RAM — показатель указывает на ёмкость оперативной памяти;
  • 2.1 GHz — данная характеристика сообщает о мощности процессора и указывает на его тактовую частоту.

Специально для Вас:  Почему айфон 11 дешевле 10: старые-новые яблочки

Ответить на вопрос на что влияет частота процессора в смартфоне достаточно просто, но только в том случае если точно знать, что именно обозначает данный показатель.

Частота процессора — это показатель количества операций, производимых процессором на одну единицу времени. На один из выводов процессора подаются импульсы, с каждым из которых он производит элементарное действие, например — операции регистр-регистр

Исполнение любой программы на смартфоне, впрочем как и на компьютере, представляет собой цепочку однотипных действий. Чем выше тактовая частота процессора — тем быстрее он обрабатывает программу.

Проведем понятную аналогию: допустим по шоссе со скоростью в 40 км/ч едут четыре автомобиля — это не означает, что суммарная скорость всех автомобилей равна 160 км/ч, но эти автомобили смогут перевести в 4 раза больше груза одновременно.

Что такое тактовая частота процессора? На что влияет эта характеристика и какими способами ее можно увеличить? Что такое максимальная тактовая частота процессора? Эти вопросы мы разберем в ходе данной статьи.

Похожие записи:

Yx8018 8018 dc-dc преобразователь повышающий для солнечной панели Как подключить сдвиговый регистр 74hc595 к arduino Неисправности и ремонт блока предохранителей ваз 2106 5-разрядный двухканальный светодиодный индикатор на an6884 Через сколько лет меняют электрический счетчик Ремонт мотоциклетных коммутаторов зажигания