Điều gì tạo ra tín hiệu đồng hồ trong CPU nhanh và nó hoạt động như thế nào?

9

Thông thường, đối với các mạch tích hợp, một tinh thể thạch anh được sử dụng để tạo tín hiệu đồng hồ. Tuy nhiên, điều này chỉ đạt tốc độ tính bằng MHz. Thành phần nào, hoặc mạch nào, tạo ra tín hiệu lên đến 5 GHz như trong bộ xử lý máy tính?

Làm thế nào có thể tăng tốc độ đó khi bạn ép xung PC (vì tôi không cho rằng một tinh thể tăng tốc khi bạn đặt điện áp cao hơn trên nó, hoặc làm cho nó mát hơn)?

— Markinson
nguồn

1

Tại sao bạn cho rằng các tinh thể thạch anh chỉ đạt tần số lên đến vài kilohertz? Tôi có một tinh thể 27 MHz nằm trong ngăn kéo của mình.

— Bimpelrekkie

Bạn nói đúng @FakeMoustache, nhưng ý tôi là tinh thể từ 1 gigahertz trở lên.

— Markinson

OK, tôi đã thấy các bộ dao động tinh thể lên đến 150 MHz, trong thực tế lên đến 50 MHz được sử dụng. Các tần suất trên được thực hiện bằng cách sử dụng PLL như Wouter đề cập. Tôi làm việc trên một sản phẩm nơi chúng tôi sử dụng PLL để chuyển đổi 25 MHz trong 60 GHz!

— Bimpelrekkie

18

Trên thực tế, các bộ dao động tinh thể có thể dễ dàng lên đến 10 MHz. Ở trên, trong hầu hết các trường hợp, PLL (Phase Khóa Loop) được sử dụng, đây là một bộ tạo dao động không chính xác lắm, nhưng có thể được điều chỉnh (tần số của nó có thể được điều chỉnh phần nào). Tần số của bộ dao động tần số cao này được chia cho một yếu tố phù hợp (chia tín hiệu cho công suất 2 là dễ dàng và hoàn toàn chính xác), sau đó so sánh với bộ dao động 10 MHz. Việc so sánh được sử dụng để điều chỉnh bộ dao động tần số cao. Do đó, một tần số cao được tạo ra với (gần như) độ chính xác của bộ dao động tinh thể tần số thấp hơn.

Trong hầu hết các trường hợp, mạch để thực hiện tất cả điều này được tích hợp vào chip xử lý, bởi vì nó phải được cấu hình dưới sự kiểm soát của phần mềm và việc định tuyến tín hiệu tần số cao như vậy giữa các chip là một cơn ác mộng.

— Đồ trang sức van Ooijen
nguồn

4

Đúng là 5 năm trước (và có lẽ vẫn còn cho đến ngày nay) rằng hầu hết các bo mạch chủ đều có tinh thể 14.318 MHz kiểu cũ và chip tạo xung nhịp (PLL) tạo ra các tần số bus khác như 33 MHz (PCI), 48 MHz (USB) và tần số "FSB" trung gian như 100 hoặc 200 MHz từ đó. CPU sau đó lấy tần số FSB và nhân nó lên phạm vi GHz với một chip PLL khác, điều này tránh được vấn đề thực sự vận chuyển xung nhịp GHz ở bất kỳ khoảng cách nào hoặc đưa nó qua các chân CPU :)

— hobbs

1

Bạn không cần một tinh thể để dao động, bất kỳ thành phần phản ứng nào, như tụ điện hoặc cuộn cảm, với bộ khuếch đại có thể thực hiện công việc. Trên thực tế, một tinh thể tương đương với một chuỗi R, L và C, tất cả song song với một C. Ưu điểm của tinh thể là tần số cộng hưởng rất chính xác. Để tạo ra tần số cao hơn, người ta sử dụng các thành phần cộng hưởng khác (ví dụ cuộn cảm và tụ điện bên trong chip) trong mạch dao động của chúng.

Với một số mạch dao động, tần số có thể thay đổi theo điện áp ứng dụng (VCOs). Chúng được sử dụng để tạo ra tần số cao một cách chính xác, bằng cách chia tần số đầu ra và so sánh nó với nguồn tần số thấp chính xác như tinh thể sau đó điều chỉnh điện áp điều khiển một cách thích hợp. Một PLL (vòng khóa pha) là một ví dụ, tạo ra điện áp tỷ lệ với độ lệch pha giữa đồng hồ tần số cao được chia và đồng hồ tham chiếu.

— tuần tra
nguồn