Tại sao chúng ta sử dụng tinh thể 32.768 kHz trong hầu hết các mạch?

45

Tại sao chúng ta sử dụng các tinh thể 32.768 kHz trong hầu hết các mạch, ví dụ như trong các mạch RTC? Điều gì sẽ xảy ra nếu tôi sử dụng tinh thể 35 hoặc 25 kHz?

Tôi giả sử vì mạch IC bên trong, mạch pin Xout phải ở công nghệ CMOS / TTL / NMOS. Điều đó có đúng không?

oscillator crystal

— ramesh6663
nguồn

9

Và nếu bạn giảm một nửa tần số 15 lần?

— Ignacio Vazquez-Abrams

1

@ FEB1115: Anh ta (giả sử) có nghĩa là, bạn sẽ nhận được gì nếu nhân 2 lần trong 15 lần?

— WedaPashi

3

@ FEB1115 Tôi nghĩ Ignacio Vazquez-Abrams đang ám chỉ thực tế là

2^{15} = 32768

$2^{15}=32768$

— K. Rmth

2

Bit OT ... Một tần số phổ biến khác cho các tinh thể là 4,43 MHz (hoặc có khoảng). Máy vi tính gia đình sớm thường sử dụng này. Đó là bởi vì các tinh thể có tần số này được sử dụng để phát hiện tín hiệu màu trong TV màu CRT, vì vậy chúng được sản xuất với số lượng lớn (mỗi TV màu cần một) và rất rẻ (mối quan tâm đối với máy tính gia đình sớm). (Có thể Hoa Kỳ và Châu Âu đã sử dụng hai tần số khác nhau cho màu sắc, nhưng cả hai đều nằm trong phạm vi 4 đến 5

— MHz

1

@BaardKopperud NTSC (trước đây được sử dụng ở Bắc Mỹ và Nhật Bản và một số quốc gia khác) đã sử dụng tần số tinh thể màu là 3,579545 MHz, đó là lý do tại sao có một số chip, bao gồm chip NS 1pps, sử dụng các tinh thể có tần số đó.

— Spehro Pefhany

57

Tần số của đồng hồ thời gian thực thay đổi theo ứng dụng. Tần số 32768 Hz (32.768 KHz) thường được sử dụng, bởi vì nó là công suất có giá trị 2 (2 ¹⁵ ). Và, bạn có thể có được chu kỳ 1 giây chính xác (tần số 1 Hz) bằng cách sử dụng bộ đếm nhị phân 15 giai đoạn.

Thực tế, trong phần lớn các ứng dụng, đặc biệt là kỹ thuật số, mức tiêu thụ hiện tại phải càng thấp càng tốt để duy trì tuổi thọ pin. Vì vậy, tần số này được chọn là sự thỏa hiệp tốt nhất giữa tần số thấp và sản xuất thuận tiện với tính khả dụng của thị trường và bất động sản về mặt kích thước vật lý trong khi thiết kế bảng, trong đó tần số thấp thường có nghĩa là thạch anh lớn hơn.

— WedaPashi
nguồn

Thêm một nghi ngờ nữa nếu một số bộ xử lý chủ yếu sử dụng 27Mhz, điều đó có nghĩa là do tần số đầu vào PLL yêu cầu 27 mhz để tạo ra tất cả các tần số khác phải không?

— ramesh6663

@ FEB1115: Tôi nghi ngờ nếu tôi hiểu được câu hỏi của bạn một cách gọn gàng, nhưng theo những gì tôi có thể hiểu, nhiều bộ xử lý có bộ dao động bên trong và một khi nó được ổn định, bộ dao động vỏ ngoài được sử dụng với cấu hình cần thiết của hệ số nhân và / hoặc ước số để có được tần số mong muốn điển hình. Giá trị số nhân và / hoặc số chia này được PLL sử dụng để tạo tần số theo sở thích và yêu cầu của bạn.

— WedaPashi

1

Nếu bạn muốn biết lý do tại sao bộ xử lý sử dụng tần số "lẻ", hãy kiểm tra xem liệu nó có phải xử lý tín hiệu ở bội số của tần số đó không. 27Mhz rất hữu ích để thực hiện video tương tự PAL & NTSC.

— joeforker

Thay vào đó, bạn có nghĩa là $ 32,768 $ kilohertz, không phải hertz? (Nhiều độc giả SE sống ở các quốc gia nơi dấu phẩy là dấu phân cách thập phân.)

— Ruslan

@Ruslan: Vâng, điểm hợp lệ. Tôi chỉ đơn giản có nghĩa là 2 với công suất 15 = 32,768 Hz hoặc 32,768 KHz.

— WedaPashi

23

Số 32768 là lũy thừa của 2, tức là 2 ^ 15. Nếu bạn có tần số xung nhịp 32.768kHz, có thể dễ dàng phân chia nó thành tần số 1Hz bằng cách sử dụng các bộ chia tần số nhị phân, còn gọi là bộ đếm nhị phân, tức là chuỗi flip-flop.

Có tần số 1Hz nghĩa là bạn có tín hiệu đồng hồ cung cấp độ phân giải thời gian 1 giây: đếm số giây bằng bộ đếm, làm toán và bạn có Đồng hồ thời gian thực (RTC).

— Lorenzo Donati hỗ trợ Monica
nguồn

cảm ơn câu trả lời nhanh của bạn, vậy chúng ta có cần bộ đếm 16 bit không? bạn có thể vui lòng giúp tôi cung cấp bất kỳ sử dụng liên kết đầy đủ để tìm hiểu của riêng tôi để hiểu hoặc xin vui lòng giải thích nó ở đây.

— ramesh6663

Tôi nghĩ rằng bạn có thể sử dụng bộ đếm 16 bit và chỉ sử dụng đầu ra chữ số có ý nghĩa nhất làm đầu ra tín hiệu đồng hồ

— tangrs

Hoặc bạn chỉ có thể chia 32768 cho 2 ^ 15 có thể được thực hiện bằng cách đặt 15 mạch chia cho 2. Xem ví dụ về cách chia 2 cho bài viết này: Electronics-tutorials.ws/count/count_1.html Sơ đồ đầu tiên từ đầu!

— Bimpelrekkie

Tôi thấy thú vị rằng ngay cả các thiết bị có tốc độ đọc 1/100 giây dường như vẫn sử dụng các tinh thể 32.768Hz và tăng số lần 25 lần mỗi 8192 xung, thay vì sử dụng tinh thể 32.000Hz và chia cho 64, rồi 5, và sau đó mười lần

— supercat

1

@supercat: Để chia cho bất kỳ số nào không phải là lũy thừa bằng 2 như 5 hoặc 10 (hoặc 20), bạn cần một mạch chia (hoặc ALU hoặc CPU). Để phân chia nghiêm ngặt theo quyền hạn của 2, tất cả những gì bạn cần là một flip-flop (hoặc một vài tầng trong chuỗi: một mạch được biết rõ hơn như một bộ đếm)

— slebetman

14

Đó chủ yếu là do chi phí. Những tinh thể đặc biệt là bụi bẩn giá rẻ do ngành công nghiệp đồng hồ. Câu trả lời này cung cấp thêm chi tiết, đây là một đoạn trích:

Có 1,2 tỷ đồng hồ được bán mỗi năm. Phần lớn trong số chúng là đồng hồ kỹ thuật số rẻ tiền, yêu cầu một tinh thể nhỏ, 32kHz. ...

Kết quả là, những tinh thể này cực kỳ rẻ tiền ... [Các tinh thể khác] có giá gấp 10 đến 100 lần so với các tinh thể đồng hồ rẻ tiền này.

Hơn nữa, các tinh thể này được tối ưu hóa đặc biệt tốt cho năng lượng thấp. Đồng hồ thời gian thực dự kiến sẽ chạy một bộ dao động như vậy trong 10 năm trên một loại tế bào CR2032. Để có được tần số thấp, công suất thấp, các tinh thể nhỏ ở các tần số khác, bạn đang xem xét sự gia tăng đáng kể về chi phí.

Ở khối lượng thấp, các tinh thể này vẫn rẻ hơn so với các tinh thể 25kHz hoặc 56kHz công suất cao hoặc bình thường, nhưng chi phí chênh lệch không lớn cho đến khi bạn bắt đầu sản xuất khối lượng lớn.

Chọn những gì bạn cần, nhưng nếu bạn định sản xuất một sản phẩm có khối lượng lớn và có thể điều chỉnh thiết kế của bạn để hoạt động với tinh thể 32kHz, thì có một động lực tài chính đáng kể để làm điều đó.

— Adam Davis
nguồn

Bạn có nghĩ rằng tốc độ 31,25 kHz cho MIDI (dựa trên việc chia đồng hồ 1 MHz phổ biến) là một sai lầm không? MIDI có nên đi 32.768 không?

— Kaz

@Kaz Hầu hết các máy midi sẽ cần đồng hồ nhanh hơn. 1 MHz và bội số của nó là rẻ và dễ dàng để có được. Tôi không nghĩ có bất kỳ lý do nào để sử dụng cơ sở thời gian 32.768kHz trong midi - ngay cả âm lượng thấp, vì vậy sẽ không có tiết kiệm chi phí lớn.

— Adam Davis

1

@Kaz: Một số thiết kế UART yêu cầu đồng hồ tốc độ baud phải đồng bộ với vòi CPU chính và bội số của tốc độ baud mong muốn là 16 lần. Khi MIDI được giới thiệu, thông thường các máy tính sẽ sử dụng đồng hồ có nguồn gốc từ bội số của 1.0Mhz hoặc 3.579545Mhz. Chia số trước cho 2 và sau đó 16 để có được chính xác 31250. Chia cái sau cho 7 và sau đó 16 để có được 31960Hz, nhanh hơn khoảng 2,2%. Có thể tốt hơn là chỉ định tốc độ MIDI là khoảng 31605Hz +/- 1,2%, để làm rõ rằng bất kỳ thiết bị MIDI nào cũng phải chấp nhận đầu vào ở một trong hai tốc độ.

— supercat

@Kaz: Nếu một UART yêu cầu đồng hồ 16x, tốc độ nhanh hơn tiếp theo có thể nhận được từ tinh thể colorburst sẽ là 37287Hz, và tốc độ nhanh hơn tiếp theo từ cơ sở thời gian 4.0Mhz sẽ là 35714 và 41667Hz, về cơ bản là ở hai bên của nó . Tốc độ 31250Hz có lẽ là tốc độ tốt nhất nếu các hệ thống sẽ cần có thể lấy được nó từ bội số của 1.0Mhz hoặc 3.579545Mhz (BTW, PAL sẽ sử dụng 4.433619 MHz, chia cho 9 và 16 mang lại 30789, khoảng 1,5 % chậm, có lẽ 31250 đã được chọn làm thỏa hiệp giữa PAL và NTSC)?

— supercat

2

Bạn có thể sử dụng bất kỳ tần số nào bạn muốn - miễn là mạch của bạn được thiết kế cho nó.

Với chip CMOS, tần số có liên quan đến mức tiêu thụ điện năng. Vì vậy, đồng hồ 25KHz sẽ tiêu thụ ít năng lượng hơn so với đồng hồ 32.768 KHz. Đồng hồ 35 KHz sẽ tăng thêm một chút năng lượng. Bạn nên làm toán để xác định xung nhịp tối thiểu / tối đa thích hợp của bạn, phối hợp với các chip thực tế bạn chọn.

Có một sự đánh đổi giữa tốc độ đồng hồ, mức tiêu thụ năng lượng và khối lượng công việc bạn có thể hoàn thành trong mỗi chu kỳ đồng hồ. Điều này thay đổi từ mạch này sang mạch khác.

RTC là một lớp, quan tâm nhất đến mức tiêu thụ năng lượng khi tắt nguồn chính - và bạn đang chạy bằng pin pin dự phòng, nhưng cũng vẫn cần phải có đồng hồ chính xác hợp lý - trong vài giây mỗi tháng thông thường.

— L Brielmaier
nguồn