Dlaczego używamy kryształów 32,768 kHz w większości obwodów?

45

Dlaczego używamy kryształów 32,768 kHz w większości obwodów, na przykład w obwodach RTC? Co się stanie, jeśli użyję kryształu 35 lub 25 kHz?

Zakładam, ponieważ wewnętrzny układ scalony Xin, Xout pin powinien być w technologii CMOS / TTL / NMOS. Czy to prawda?

oscillator crystal ramesh6663
źródło
9
A jeśli zmniejszysz częstotliwość o połowę 15 razy?
Ignacio Vazquez-Abrams
1
@ FEB1115: Miał (zakładając), co otrzymujesz, jeśli pomnożysz 2 razy 15 razy?
WedaPashi,
3
@ FEB1115 Myślę, że Ignacio Vazquez-Abrams sugeruje, że215=32768
K. Rmth
2
Bit OT ... Inną popularną częstotliwością dla kryształów była 4,43 MHz (lub mniej więcej). Często korzystały z tego wczesne domowe mikrokomputery. Wynika to z faktu, że kryształy o tej częstotliwości zostały użyte do wykrywania sygnałów kolorowych w telewizorach kolorowych CRT, dlatego zostały wyprodukowane w dużych ilościach (każdy potrzebny telewizor kolorowy), a zatem bardzo tanie (problem dotyczący wczesnych komputerów domowych). (Możliwe, że USA i Europa używały dwóch różnych częstotliwości dla koloru, ale oba byłyby w zakresie 4 do 5 MHz).
Baard Kopperud
1
@BaardKopperud NTSC (wcześniej używany w Ameryce Północnej i Japonii oraz w kilku innych krajach) użył częstotliwości kryształu serii burst koloru 3,579545 MHz, dlatego było wiele układów, w tym układ NS 1pps, który wykorzystywał kryształy o tej częstotliwości.
Spehro Pefhany,

Odpowiedzi:

57

Częstotliwość zegara czasu rzeczywistego zmienia się w zależności od aplikacji. Częstotliwość 32768 Hz (32,768 KHz) jest powszechnie stosowana, ponieważ jest to moc o wartości 2 (2 15 ). I możesz uzyskać dokładny 1 sekundowy okres (częstotliwość 1 Hz), używając 15-stopniowego licznika binarnego.

Praktycznie w większości aplikacji, szczególnie cyfrowych, pobór prądu musi być możliwie jak najniższy, aby wydłużyć żywotność baterii. Tak więc częstotliwość ta została wybrana jako najlepszy kompromis między niską częstotliwością a wygodnym wytwarzaniem z dostępnością rynku i nieruchomościami pod względem wymiarów fizycznych podczas projektowania płyty, gdzie niska częstotliwość ogólnie oznacza, że ​​kwarc jest fizycznie większy.

WedaPashi
źródło
jeszcze jedna wątpliwość, czy niektóre procesory najczęściej używały 27 MHz, co oznacza, że ​​ze względu na częstotliwość wejściową PLL potrzeba 27 MHz do wygenerowania wszystkich innych częstotliwości. Mam rację?
ramesh6663
@ FEB1115: Wątpię, czy dobrze zrozumiałem twoje pytanie, ale z tego, co rozumiem, powiedziałbym, że wiele procesorów ma wewnętrzne oscylatory, a kiedy się ustabilizuje, zewnętrzny oscylator skorupy jest używany z niezbędną konfiguracją mnożników i / lub dzielniki w celu uzyskania typowej pożądanej częstotliwości. Ten mnożnik i / lub wartości dzielnika są używane przez PLL do generowania częstotliwości zainteresowania i wymagań.
WedaPashi,
1
Jeśli chcesz wiedzieć, dlaczego procesor używa częstotliwości „nieparzystej”, sprawdź, czy ma do czynienia z sygnałem o wielokrotności tej częstotliwości. 27 MHz jest przydatne do nagrywania analogowego wideo PAL i NTSC.
joeforker
Czy zamiast tego masz na myśli 32,768 $ kiloherca, a nie herca? (Wielu czytelników SE mieszka w krajach, w których przecinek jest separatorem dziesiętnym.)
Ruslan
@ Ruslan: Tak, ważny punkt. Miałem po prostu 2 do potęgi 15 = 32 768 Hz lub 32,768 KHz.
WedaPashi
23

Liczba 32768 jest potęgą 2, czyli 2 ^ 15. Jeśli masz częstotliwość zegara 32,768 kHz, łatwo jest podzielić ją na częstotliwość 1 Hz za pomocą binarnych dzielników częstotliwości, czyli binarnych liczników, tj. Łańcuchów przerzutników.

Posiadanie częstotliwości 1 Hz oznacza, że ​​masz sygnał zegarowy, który zapewnia rozdzielczość czasową 1 s: policz sekundy za pomocą licznika, zrób matematykę i masz zegar czasu rzeczywistego (RTC).

Lorenzo Donati wspiera Monikę
źródło
dzięki za szybką odpowiedź, więc potrzebujemy licznika 16-bitowego? czy mógłbyś mi pomóc podać jakikolwiek pełny link, aby nauczyć się rozumieć, lub wyjaśnij to tutaj.
ramesh6663,
Myślę, że możesz użyć 16-bitowego licznika i po prostu użyć najbardziej znaczącego wyjścia cyfrowego jako wyjścia sygnału zegara
tangrs
Lub możesz po prostu podzielić 32768 przez 2 ^ 15, co można zrobić, umieszczając 15 obwodów dzielonych przez 2 szeregowo. Zobacz przykład dzielenia przez 2 tego artykułu: elektronika- poradniki.ws/counter/count_1.html Pierwszy schemat od góry!
Bimpelrekkie
Interesujące jest dla mnie to, że nawet urządzenia z odczytem 1/100 sekundy nadal wydają się używać kryształów 32 768 Hz i podskakują zliczanie 25 razy co 8192 impulsów, zamiast kryształu 32 000 Hz i dzielą przez 64, następnie 5, a następnie dziesięć dwa razy.
supercat
1
@ superupat: Aby podzielić przez dowolną liczbę, która nie jest potęgą 2, na przykład 5 lub 10 (lub 20), potrzebujesz obwodu podziału (lub ALU lub procesora). Aby ściśle podzielić przez potęgi 2, wystarczy przerzutnik D (lub kilka kaskadowo szeregowo: obwód lepiej znany jako licznik)
slebetman
14

Wynika to przede wszystkim z kosztów. Te szczególne kryształy są tanie z powodu przemysłu zegarków. Ta odpowiedź zawiera więcej szczegółów, oto fragment:

Każdego roku sprzedaje się 1,2 miliarda zegarków. Większość z nich to niedrogie zegarki cyfrowe, wymagające małego kryształu o częstotliwości 32 kHz. ...

W rezultacie kryształy te są wyjątkowo tanie ... [Pozostałe kryształy] kosztują 10 do 100 razy więcej pod względem ilości niż te niedrogie kryształy zegarków.

Ponadto kryształy te są szczególnie dobrze zoptymalizowane pod kątem niskiej mocy. Oczekuje się, że zegary czasu rzeczywistego będą działać na takim oscylatorze przez 10 lat na komórce typu CR2032. Aby uzyskać niską częstotliwość, niską moc, małe kryształy na innych częstotliwościach, patrzysz na znaczny wzrost kosztów.

W małych ilościach kryształy te są nadal tańsze niż nawet normalne lub wysokiej mocy kryształy 25 kHz lub 56 kHz, ale różnica kosztów nie jest duża, dopóki nie przejdziesz do produkcji na dużą skalę.

Wybierz to, czego potrzebujesz, ale jeśli zamierzasz wyprodukować produkt o dużej objętości i możesz dostosować swój projekt do pracy z kryształem 32 kHz, istnieje znaczna zachęta finansowa, aby to zrobić.

Adam Davis
źródło
Czy uważasz, że częstotliwość 31,25 kHz dla MIDI (oparta na dzieleniu wspólnego zegara 1 MHz) była błędem? Czy MIDI powinien był wybrać 32.768?
Kaz
@Kaz Większość maszyn midi i tak potrzebuje szybszego zegara. 1 MHz i jego wielokrotności są tanie i łatwe do uzyskania. Nie sądzę, żeby istniał jakiś powód, aby używać podstawy czasu 32,768 kHz w midi - nawet wolumeny były niskie, więc nie byłoby dużych oszczędności kosztów.
Adam Davis
1
@Kaz: Niektóre konstrukcje UART wymagają synchronizacji zegara szybkości transmisji z głównym kursem procesora i wielokrotnością 16-krotności żądanej prędkości transmisji. Kiedy wprowadzono MIDI, komputery często używały zegara pochodzącego z wielokrotności 1,0 MHz lub 3,579545 MHz. Podziel pierwszą przez 2, a następnie 16, aby uzyskać dokładnie 31250. Podziel ten ostatni przez 7, a następnie 16, aby uzyskać 31960 Hz, czyli około 2,2% szybko. Być może lepiej byłoby określić częstotliwość MIDI jako coś w rodzaju 31605Hz +/- 1,2%, aby wyjaśnić, że każde urządzenie MIDI powinno akceptować dane wejściowe z dowolną częstotliwością.
supercat
@Kaz: Jeśli UART wymaga zegara 16x, następna wyższa prędkość, jaką można uzyskać z kryształu serii kolorów, to 37287 Hz, a następne wyższe prędkości z podstawy czasu 4,0 MHz to 35714 i 41667 Hz, które są zasadniczo po obu jej stronach . Częstotliwość 31250 Hz jest prawdopodobnie najlepsza, jeśli systemy będą musiały być w stanie uzyskać ją z wielokrotności 1,0 MHz lub 3,579545 MHz (BTW, PAL użyłby 4,433619 MHz; podzielenie tego przez 9 i 16 daje 30789, co stanowi około 1,5 % powolny; może 31250 wybrano jako kompromis między PAL a NTSC)?
supercat
2

Możesz użyć dowolnej częstotliwości - pod warunkiem, że Twój obwód jest do tego przeznaczony.

W przypadku układów CMOS częstotliwość związana jest ze zużyciem energii. Tak więc zegar 25 kHz zużywałby mniej energii niż zegar 32,768 kHz. Taktowanie z częstotliwością 35 kHz wymagałoby nieco większej mocy. Powinieneś zrobić matematykę, aby ustalić swoje właściwe minimalne / maksymalne taktowanie, skoordynowane z faktycznie wybranymi żetonami.

Istnieje kompromis między szybkością zegara, zużyciem energii i ilością pracy, jaką można wykonać na cykl zegara. Zależy to od obwodu.

RTC jako klasa są najbardziej zainteresowane zużyciem energii, gdy główne zasilanie jest wyłączone - i pracujesz na zapasowej baterii pastylkowej, ale nadal musisz być wystarczająco dokładnym zegarem - w ciągu kilku sekund na miesiąc zazwyczaj

P Brielmaier
źródło