Site Loader

Содержание

Значение, Определение, Предложения . Что такое тактовый сигнал

Манчестерское кодирование сочетает тактовый сигнал с сигналом данных.
Часто тактовый сигнал легко доступен на борту интегральной схемы, и для его генерации не требуется никаких дополнительных схем.
Однако, поскольку удвоитель напряжения, показанный на рис. 7, требует только одного этапа умножения, требуется только один тактовый сигнал.
Это, однако, требует, чтобы тактовый сигнал изменялся дважды за передачу, в то время как линии передачи данных изменяются не более одного раза за передачу.
Тактовый сигнал вырабатывается тактовым генератором.
В семействах SDRAM, стандартизированных JEDEC, тактовый сигнал управляет шагом внутренней конечной машины, которая реагирует на входящие команды.
Альтернативный режим реконфигурирует четыре дифференциальные пары SuperSpeed, присутствующие в USB-C, чтобы нести три канала HDMI TMDS и тактовый сигнал.
Поскольку старт, стоп и тактовый сигнал асинхронны, существует равномерное распределение вероятностей стартового и стопового сигналов-времен между двумя последующими тактовыми импульсами.
Тактовый сигнал также может быть стробированным, то есть объединенным с управляющим сигналом, который включает или отключает тактовый сигнал для определенной части схемы.
Некоторые синхронные устройства обеспечивают тактовый сигнал для синхронизации передачи данных, особенно при более высоких скоростях передачи данных.
Это обычно делается в виде цифрового счетчика, причем выходной сигнал действует как тактовый сигнал.
Поскольку отдельный тактовый сигнал не используется,необходимо использовать средство синхронизации узлов.
Но отправитель и получатель квадратурно-модулированного сигнала должны совместно использовать часы или иным образом посылать тактовый сигнал.
Другие результаты
Мы можем увеличить тактовую частоту еще выше, пока фильтр нижних частот не уберет достаточно пульсаций, полностью восстанавливая входной сигнал.
Тактовая синхронизация приводит к тому, что триггер либо изменяет, либо сохраняет свой выходной сигнал, основанный на значениях входных сигналов при переходе.
Генератор тактовых импульсов-это генератор, который подает сигнал синхронизации для синхронизации операций в цифровых схемах.
Если тактовая частота низкая, то оба выходных сигнала входного каскада являются высокими независимо от ввода данных; защелка выхода не изменяется и сохраняет предыдущее состояние.
Удаление крайнего левого инвертора в цепи создает триггер D-типа, который стробирует на падающем крае тактового сигнала.
При работе на высокой полосе пропускания ограничения целостности сигнала ограничивают тактовую частоту.
Когда тактовый период интерфейса короче, чем наибольшая разница во времени между поступлениями сигнала, восстановление переданного слова больше невозможно.
Асинхронные методы не требуют наличия опорного тактового сигнала приемника, синхронизированного по фазе с несущим сигналом отправителя.
Интерфейс DDR выполняет это путем чтения и записи данных как на восходящем, так и на нисходящем краях тактового сигнала.
Синхронная передача данных-это такая передача, при которой данные передаются путем синхронизации передачи на приемном и передающем концах с использованием общего тактового сигнала.
Эти альтернативные подходы требуют либо дополнительной среды передачи для тактового сигнала, либо потери производительности из-за накладных расходов, соответственно.
Там схемы в каждой из подрешеток антенны сравнивают фазовый фронт пилот-луча с внутренней тактовой фазой для управления фазой исходящего сигнала.
Такая отстройка сигнала запуска и остановки от тактовых импульсов называется ошибкой квантования.
Данные передаются как по восходящему, так и по нисходящему фронту тактового сигнала-метод, известный как DDR.
Конструктивными параметрами генератора тактовых импульсов VCXO являются диапазон изменения напряжения, центральная частота, диапазон изменения частоты и временной джиттер выходного сигнала.
Синтезатор частот генерирует точные и регулируемые частоты на основе стабильного одночастотного тактового сигнала.
Наиболее эффективным способом передачи тактового сигнала на каждую часть микросхемы, которая в нем нуждается, с наименьшим перекосом является металлическая сетка.

К вопросу оценки ПЭМИН цифровых сигналов. TFT мониторы. Часть 3.

К вопросу оценки ПЭМИН цифровых сигналов. TFT мониторы. Часть 3.

Автор: Кондратьев А.В.

При исследованиях ЖК матриц практически на всех образцах нами были найдены сигналы в низкочастотной области, реагирующие на тест, запущенный на дисплее. Первые гармоники были найдены на частотах порядка десятков кГц. Сигналы были различимы на фоне помех, как правило, до 1-2 МГц. Была четко различима «информативная» составляющая, например, при запущенном на мониторе тесте с полосами (чередование черных полос и полос с заполнением «точка-через-точку»). Проанализировав документацию и получив осциллограммы с шины RSDS, мы пришли к выводу, что это сигналы от всего «строчного пакета), т.е. от всех пикселей строки, выводимых одновременно. Что и подтверждается приведенными выше осциллограммами. На осциллограмме рис. 19 можно наблюдать сигналы от одной строки. Время сигналов от строки 2.5 х 10

-6 х 6 делений = 1.5 х 10-5 с → частота F= (1.5 х 10-5 )-1 = 67 кГц.

Как уже указывалось ранее, так же, как для интерфейса LVDS, тактовые частоты сигналов ПЭМИН следует ожидать в районе 45, 65 или 85 МГц. Обнаруживается, почти исключительно, только «Е» компонента. Размещение антенны 0 напротив нижней части экрана монитора (или под ним). Ориентация диполей – параллельно фронтальной поверхности монитора, вертикально (перпендикулярно размещению линий проводников интерфейса на плате). Тем не менее, горизонтальную ориентацию диполей проверять неукоснительно!

Если бы тактовые частоты внутреннего интерфейса монитора были постоянны, то и спектр ПЭМИ этих составляющих был бы «линейчатым» и они фиксировались бы на вполне определённых частотах. Значения их (по напряжённости поля) были бы весьма высоки. Производители ЖК матриц и схем их управления вынуждены «укладываться» в довольно жёсткие международные нормы по ПЭМИ с точки зрения электромагнитной совместимости и вреда для здоровья людей.

Приборы (индикаторы), которыми измеряют напряжённости поля ПЭМИ для контроля стандартов ISO, DIN и др. имеют фиксированную полосу пропускания 120 кГц.

Используя особенность методики оценки (применение довольно узкой полосы в средствах измерения) в соответствии со стандартами ISO, производители TFT матриц, в целях «заметания мусора под ковер»? модулируют тактовую частоту интерфейса.

Такой технический прием, как модуляция тактового сигнала SSM был внедрен в электронику для достижения нескольких целей, основные – это снижения пиковых значений спектра электромагнитного излучения и снижение интерференции высокочастотных сигналов от других устройств (помехоустойчивость). SSM расшифровывается как Spread Spectrum Modulation — спектральная модуляция тактовых импульсов, или по-другому SSC — Spread Spectrum Clock — тактовые сигналы с «размытым» спектром. SSM в ЖК мониторах применяется как в RSDS так и в LVDS интерфейсах.

Если основная рабочая частота модулируется, расширяя полосу, спектр электромагнитного излучения (собственно ПЭМИН) принципиально изменяется. Вместо острых, сосредоточенных по частое, пиков (обычная форма проявления электромагнитного излучения EMI и ПЭМИ в частности) появляются, так называемые «гауссовы колокола» (форма сигнала, сверху ограниченная кривой, описываемой гауссовым распределением), в результате чего результирующая амплитуда сигнала становится значительно меньше (1/3-1/4 от размера оригинального пика EMI на «нулевой» гармонике и пропорционально номеру гармоники на последующих).

Однако, несмотря на это, энергетика ПЭМИН, по сути, остается постоянной. Поскольку ширина спектра становится больше, а закон сохранения энергии должен выполняться, то амплитуда этого сигнала будет меньше. По сути дела SSM является угловой модуляцией тактовой частоты (как правило, по закону некой функции), что соответственно ведет к «размытию» спектров всех сигналов шины данных, привязанных к данной тактовой частоте.Некоторые производители вместо аналоговой модуляции использует методику цифровой модуляции, иногда в большей мере снижающую EMI. Например, фирма Fujitsu предлагает дискретные генераторы тактового сигнала с «размытым» спектром ( spread — spectrum clock generators — SSC G ), благодаря которым возможно уменьшить уровень электромагнитного излучения примерно на 20 ДБ, при коэффициенте модуляции основной частоты 3%.

Внутренние интерфейсы ЖК-мониторов меняют тактовую частоту обработки информации по закону, показанному на рисунке 24. Эта функция носит название «Hersey kiss» (дословно «поцелуй Херши», не путать с наименованием известной марки шоколада и шоколадных конфет, возникших в 1907 году!). В результате такой модуляции, получается псевдосплошной спектр (рисунки 26-31), неоднородный по краям (с «гауссовыми колокольчиками», что хорошо видно при более узкой полосе пропускания приемника.


Далее приведены формы спектра широкополосных сигналов интерфейса RSDS, снятых системой «Сигурд» на базе приёмника ESPI3 с антенной АИ5-0. Размещение антенны приведено на рисунке 25. Остальные настройки системы свободно читаются на скринах графического интерфейса пользователя системы «Сигурд-Интерфейс».

Далее приведены спектрограммы сигналов ПЭМИН снятые на различных частотах (гармониках тактовой частоты) в тех же условиях.


Примечание: Тактовая частота (и, естественно, частота «нулевой» гармоники) 22,93 МГц (а не около 45 МГц) обусловлена исследованием на образце TFT монитора ранней модели, ещё с не стандартизованными тактовыми частотами внутренних интерфейсов.



При рассмотрении спектров необходимо обратить внимание не только на расширение спектра, но и на пропорционально (примерно, естественно!) падение амплитуды. Всё в точном соответствии с теорией! Именно эти признаки спектров сигналов и являются самыми основными и характерными при поиске именно этих сигналов ПЭМИН.

Учитывая, что в сегодняшних моделях, чаще всего, применяется именно дискретная, цифровая частотная модуляция тактовой частоты интерфейса, была предпринята попытка выявить её на спектре ПЭМИН. Для этого предпринята была попытка построения спектра при значительно большем времени анализа и с весьма узкой полосой. Результат приведён на рисунке 31. Три последовательных скрина с экрана ««Сигурд»-Интерфейс» показывают, что при разрешении порядка 1 кГц чётко выявляется огромное количество компонент ПЭМИН, составляющих общий, псевдосплошной (при анализе с худшим частотным разрешением) спектр. Компоненты отстоят друг от друга на, приблизительно, 40 кГц (40354 Гц по прибору), что соответствует частоте формирования строк изображения. Таким образом (подтверждается анализом документации на монитор и статей в сети интернет по теме) в пределах времени формирования (передачи данных драйверам столбцов) одной строки тактовая частота постоянна, а для следующей строки она меняется скачкообразно.

Присмотревшись к скринам, можно заметить «гауссовскую» огибающую амплитуд частотных составляющих. Практика результатов исследований строго соответствует теории.Предположим, сигналы выявлены и стоит вопрос их измерения для дальнейшего расчёта параметров защищённости технического средства. Вообще, приходится констатировать что в автоматическом режиме отыскать эти сигналы и корректно их измерить может только «Сигурд» версии не ниже 5.0, причём уже с отдельным блоком цифровой обработки.


Но вручную это сделать тоже несложно. Суть, смысл измерения состоит в том, чтобы «размазанную» изготовителями «железа» энергию ПЭМИН собрать. Собрать так же, как это сделает широкополосный приёмник при перехвате. Выполнить это можно так:

Сразу отметим, что установленные методикой фиксированные полосы пропускания приёмника (для простоты будем так именовать любое селективное средства измерения) для измерений таких сигналов неприменимы вообще. Да, произношу и буду произносить «ересь» — это «требование» есть несусветная глупость!

Предположим, что ширина спектра некого сигнала ПЭМИН значительно шире, чем полоса приёмника, установленная НМД. Можно поступить двумя способами:

— игнорировать предписание методики, памятуя, что основной задачей является корректное измерение, а не буквальное следование документу, и установить полосу пропускания приёмника равную или больше, чем ширина спектра сигнала;

— выполнить измерения установленной полосой, но с учётом реальной ширины спектра сигнала.

В первом варианте всё достаточно просто, однако у этого способа есть и несколько «минусов». Не так уж редок случай, когда в пределах достаточно широкополосного спектра присутствует более мощная, но узкополосная помеха (рисунок 31«Б»). В этом случае измерение сигнала будет выполнено с ошибкой, что недопустимо. При отсутствии сосредоточенных по спектру помеха возможна ошибка только при весьма малых уровнях сигналов (низких отношений сигнал/шум) и, одновременно, заметным превышением ширины полосы пропускания приёмника и полосы, занимаемой сигналом.


При этом энергия помех, «прихватываемых» приёмником в полосах частот, обозначенный на рисунке «серой заливкой», суммируется с энергией сигнала, вызывая появление ошибки измерения. Ошибка тем больше, чем хуже отношение сигнал/шум.

Измерения полосою приемника более узкой, чем ширина спектра сигнала (а для сигналов RSDS/LVDS это происходит в большей части диапазона!) может быть лишено погрешностей, показанных ранее. Но оно может быть выполнено только «вручную», под управлением оператора и при его непосредственном участии в процессе измерения или ввода корректирующего коэффициента в результат измерения. Рассмотрим такой вариант, проиллюстрированный рисунком 35.


В приведённом варианте может иметь место два подварианта (рисунок 35 «А» и «Б»). Как правило, значительно чаще встречаются сигналы с «плоской» амплитудно-частотной характеристикой (см. спектрограммы, приведённые ранее). Измерения таких сигналов выполнять проще, достаточно измерить амплитуду сигнала в любой части его спектра и, далее, рассчитать полное значение энергии сигнала по нижеприведённой формуле.

Учитывая, что сигналы в каждом из индивидуальных измерений (от «1» до «n») не коррелируют между собой, то их суммирование должно производиться как энергий:

Если АЧХ «плоская, то есть все значение Еi равны друг другу, то формула упрощается:


Фактически величина «n» — это число, показывающее сколько раз полоса пропускания приёмника «укладывается» в полосу сигнала. Разумеется, значения сигнала в вышеприведённых формулах должны иметь размерность мкВ.

Если же АЧХ неравномерна (рисуноки 34 «б» и 35), то придётся выполнить несколько измерений, чтобы иметь возможность рассчитать истинное значение сигнала. Если в пределах ширины спектра сигнала присутствует относительно узкополосная помеха (рисунок 34 «б»), то этот участок спектра не измеряется, а его значение (с учётом полосы, занимаемой помехой) принимается равным соседним участкам спектра. Особенно просто это в случае «плоской» АЧХ.

Надо отметить, что функциональные возможности, заложенные в систему «Сигурд», оказались крайне полезны для исследовании структуры спектров внутренних интерфейсов мониторов и не только для них. В свою очередь, выполненные исследовательские работы принесли заметную пользу в деле модификации и совершенствовании системы «Сигурд».

Ну, а, в конце концов, измеренная и суммированная в полосе 1/τ энергия сигнала в виде одного единственного значения (одного, как бы узкополосного сигнала) подставляется в «Сигурд-Дельта» (или вручную) со значениями Fтак, τ, значением помех (шумов) и всё считается тривиально.

Кроме этого, всё чаще и чаще специалистам приходится встречаться с внешним интерфейсом DVI, то есть цифровым интерфейсом подключения монитора. У этого интерфейса есть ряд особенностей, которые необходимо учитывать.

В протоколе TMDS, на котором основан DVI, на каждый цветовой канал отводится по восемь битов, что позволяет получить 256 уровней яркости каждого базового цвета. Если перемножить 256 уровней у трёх цветов, то мы получим 16,7 миллиона оттенков.

Графический чип создаёт информацию о цвете для каждого пикселя в 24-битном потоке (8 битов на цвет). Поток параллельных данных поступает на передатчик протокола TMDS, который преобразует его в три последовательных потока, передающихся по трём физическим симметричным парам одновременно. Когда сигнал поступает на приёмник (в мониторе), то его последовательный код вновь преобразуется в параллельный. Преобразование в последовательный сигнал для передачи по кабелю необходимо, поскольку последовательная передача менее подвержена помехам, чем параллельная, особенно на больших расстояниях. Таким образом, данный цифровой поток, являясь «трёхразрядным», в силу полной синхронности фронтов в каждом цветовом канале (формируется в одном кристалле, от одного тактового генератора), рассматривается как последовательный одноразрядный.

TMDS-передатчик (Transition Minimized Differential Signaling) отсылает последовательный сигнал по четырём разным каналам кабеля: один для тактового сигнала, а три — для цветовой информации. Восемь битов информации для каждого цвета передаются в последовательном 10-битном сигнале: восемь битов для цветовых данных, а также два служебных. Данные передаются в 10 раз быстрее тактового генератора из-за использования ФАПЧ-чипа (ФАПЧ – фазовая автоподстройка частоты), работающего как умножитель частоты. Таким образом, скорость 1,65 Гбайт/с достигается при номинальной частоте 165 МГц.


Протокол TMDS построен на минимизации числа переходов от «0» к «1» (и наоборот), что позволяет надёжнее передавать информацию по медному кабелю. Минимизация числа переходов делает тракт менее чувствительным к внешним помехам и снижает уровень ПЭМИН.


Такое построение (кодирование) информации в линии передачи (кабеле к монитору) усложняет задачу создания тест-режима с постоянной тактовой частотой переходов от «0» к «1» в кабеле. Для теста, априори, исходя из структуры интерфейса, необходимо либо кодировать цвет в каждом пикселе последовательностью «10101010», либо применять иные методы. В противном случае нельзя будет применять установленный метод расчёта результатов.

При использовании типовой программы «Сигурд-Тест» возможен один такой вариант, не требующий изменения этой тест-программы. Учитывая, что в стандартном тесте чередуются белые и чёрные пиксели, а белый пиксель это код 255;255;255 (FF;FF;FF), то в цифровом потоке передаётся три байта единиц без переходов тока. У TDMS интерфейса такой случай рассматривается особо.

Если к проводу долгое время подводится ток (относительно долго, поскольку скорости передачи очень высоки), то перед его спадом должно пройти определённое время. В таких случаях могут возникнуть проблемы передачи, к примеру, если длительное время будут передаваться одни единицы (состояние «1» = есть ток), а затем поток данных прервётся одним нулём (состояние «0» = нет тока). В зависимости от качества медного кабеля, этот нуль можно потерять. В результате один из пикселей будет отображён неверно. Специально вводимый для такого случая бит DC-Balancing указывает на обычную инверсию значений восьми битов, чтобы предотвратить длительную передачу одинаковых данных по кабелю.


Таким образом, мы получаем для такой информации (сплошные единицы) передачу «пакетов» нулей и единиц с одним переходом от «0» к «1» или наоборот на границе пакета (то есть инверсию каждого второго пакета). Следовательно, получается постоянная тактовая частота сигнала в кабеле интерфейса, близкая к значению 130÷165 МГц (то есть к максимальной частоте передачи пикселей-пакетов). Следует отметить, что за счёт некоторых особенностей протокола частоты режима «пиксель через пиксель» и просто «белый экран» отличаются приблизительно на 4-6%, оставаясь постоянными.

Расчёт результатов СИ от DVI интерфейса при таком тест-режиме уже не вызывает никаких трудностей (подробное рассмотрение расчёта и значений всех параметров расчётного соотношения выходит за рамки данного издания). Уровень ПЭМИН от образца к образцу довольно сильно разнится, что связано, по всей видимости, с качеством и симметрией пар в интерфейсном кабеле.

Разрешение монитора во время проведения СИ рекомендуется устанавливать не выше 1600*1280 (при 60Гц кадровой частоты), чтобы не включался второй канал интерфейса. Процедура СИ в режиме параллельной работы двух каналов дополнительно усложняет интерпретацию результатов СИ.

2.9.2 Построение сети тактовой синхронизации.

Вернемся к рассматриваемому ранее вопросу синхронизации.

Итак, основная задача синхронизации цифровой сети состоит в том, что бы гарантировать получение одной и той же скорости передачи и приема информации и избежать, таким образом, появления «проскальзываний» в цифровых сетях, которые значительно ухудшают качество предоставляемых услуг. 

Исходя из этого, все сетевые элементы (NE) в транспортной сети SDH работают с использованием одной тактовой частоты. Источник этой тактовой частоты (сигнала) называется первичным опорным тактовым сигналом (PRS) или первичным эталонным.

Стабильность частоты этого генератора должна быть не хуже 10-11, что может быть реализовано только с использованием цезиевых или рубидиевых генераторов, основным недостатком которых является дороговизна.

Распределение тактирующих сигналов производится с использованием линий передачи SDH.

Промежуточные сетевые элементы, такие как регенераторы (REG), мультиплексоры ввода/вывода ADM и т.п., работают в ведомом режиме, используя компоненту тактового сигнала, извлекаемую из принимаемого линейного сигнала STM-N.

Ухудшение качества тактового сигнала, такое как джиттер, накапливающейся за время передачи через цепочку сетевых элементов и линий уменьшается за счет высокого качества ведомого тактирующего оборудования (SRS) или ведомых задающих генераторов (ВЗГ).

ВЗГ – дополнительно стабилизированный кварцевый генератор точностью поддержания частоты не хуже 10-8. Поэтому ВЗГ устраняет фазовые дрожания синхронизирующей их тактовой частоты. Архитектура сети тактовой синхронизации в регионе должна иметь древовидную структуру без замкнутых колец для исключения неоднозначного режима работы.

В сетевом элементе SDH имеется возможность выводить сигнал тактирования к устройству BITS (внутреннее устройство синхронизации), которая уменьшает искажения выделяемого тактового сигнала. Промежуточные сетевые элементы непосредственно используют тактовый сигнал, извлекаемый при помощи BITS.

В сетевом элементе SDH имеется возможность выводить сигнал тактирования к устройству BITS (внутристанционное устройство синхронизации), которое уменьшает искажения выделяемого тактового сигнала. Промежуточные сетевые элементы непосредственно используют тактовый сигнал, извлекаемый при помощи BITS.

Цифровая сеть ВСС России разбивается по синхронизации на регионы, в каждом из которых устанавливается ПЭГ. От него синхронизируются все ведомые ЗГ региона.

В настоящее время на территории России базовую сеть синхронизации образует сеть ОАО «Ростелеком». Регионы синхронизации: г. Москва, Дальневосточный (Хабаровск), Сибирский (Новосибирск), Центральный (Москва), Южный (Ростов), Северо-западный (Санкт-Петербург). Предполагается создать Екатеринбургский, Самарский и Иркутский.

Количество последовательно включенных  ВЭГ должно быть меньше 10. Для синхронизации всего оборудования, устанавливаемого на узле и станции, должен использоваться один источник сигналов синхронизации. Схема соединения должна иметь вид «звезда» с расходящимися лучами, то есть последовательный переприем сигналов синхронизации недопустим.

ВЗГ делятся по своим характеристикам на транзитные и местные, к характеристикам относятся: полоса захвата, приделы ухода частоты. У транзитных ВЗГ стабильность собственной частоты выше, полоса захвата меньше.

Основная задача синхронизации цифровой сети состоит в том, что бы гарантировать получение одной и той же скорости передачи и приема информации и избежать, таким образом, появления «проскальзываний» в цифровых сетях, которые значительно ухудшают качество предоставляемых услуг.

Исходя из этого, все сетевые элементы (NE) в транспортной сети SDH работают с использованием одной тактовой частоты. Источник этой тактовой частоты (сигнала) называется первичным опорным тактовым сигналом (PRS) или первичным эталонным генератором (ПЭГ).

Относительная нестабильность частоты этого генератора должна быть не хуже 10-11, что может быть реализовано только с использованием генератора.

Распределение тактирующих сигналов производится с использованием линий передачи SDH.

Промежуточные сетевые элементы, такие как регенераторы (REG), мультиплексоры ввода/вывода ADM и т.п., работают в ведомом режиме, используя компоненту тактового сигнала, извлекаемую из принимаемого линейного сигнала STM-N.

Ухудшение качества тактового сигнала, такое как джиттер, накапливающейся за время передачи через цепочку сетевых элементов и линий уменьшается за счет высокого качества ведомого тактирующего оборудования (SRS) или ведомых задающих генераторов (ВЗГ).

ВЗГ – дополнительно стабилизированный кварцевый генератор точностью поддержания частоты не хуже 10-8. Поэтому ВЗГ устраняет фазовые дрожания синхронизирующей их тактовой частоты. Архитектура сети тактовой синхронизации в регионе должна иметь древовидную структуру без замкнутых колец для исключения неоднозначного режима работы.

Рис. 2.9.2 архитектура сети синхронизации.

Источники синхронного сетевого элемента.

Сигналы тактовой частоты, необходимые для работы сетевого элемента, вырабатываются цепями тактирования, которые работают, главным образом, в ведомом режиме. При этом доступны следующие опорные источники тактирования, показанные на рисунке 2.9.3.

Рис. 2.9.3 источники синхронизации сетевого элемента.

1. Внешний вход – External.

К этому порту подключается внешний тактирующий сигнал поступающий от первичного опорного источника тактирования PRS (G.811), или от ведомого задающего генератора SRS (G.812, транзитный или местный) или от системы переключения тактовых сигналов BITS.

2. Сигнал линии STM N – Line.

Компонента тактового сигнала, извлекаемая из сигнала линии, подключенной к Западному или Восточному или Трибутарному (Компонентному) направлениям, может использоваться как опорный источник. При этом уровень качества тактовой компоненты индицируется байтом S1 из MSOH. Уровень качества характеризует источник тактового сигнала, который первоначально генерирует линейный сигнал STM-N.

3. Сигнал PDH 2 Мбит/с в трибутарном потоке – Tributary.

Два потока (основной и резервный) из трибутарных сигналов 2 Мбит/с могут быть выбраны как опорный источник. Эта возможность может быть использована, например, когда система SDH установлена в изолированном районе и синхронная тактовая частота передается сигналом 2 Мбит/с, генерируемого с использованием PRS, или когда система SDH синхронизирована по тактовому сигналу ESS (переключающая система) вместо PRS.

Кроме работы в ведомом режиме, внутренний источник тактирования сетевого элемента может использоваться как независимый. В этом случае возможны два режима работы.

4. Режим удержания (holdover) – Internal.

В то время как цепи тактирования работают в ведомом режиме, все параметры, такие, как частота, фаза и другие, запоминаются. Если цепь тактирования теряет опорный сигнал, например, вследствие аварии на линии, эти сохраненные данные используются, чтобы обеспечить непрерывную и бесперебойную работу оборудования сетевого элемента.

Таким образом удается избежать передачи возмущений, вызванных резкими изменениями частоты и фазы.

5. Режим свободной генерации (free run) – Internal.

Цепь тактирования, представляющая собой в своей основе VCXO (генератор, управляемый напряжением), работает самостоятельно без опорного источника. Этот режим может использоваться в области, где спорный источник тактирования недоступен, а система SDH используется аналогично PDH.

В каждом сетевом элементе устанавливаются приоритеты для доступных опорных источников тактирования. Процедура выбора опорного источника из нескольких кандидатов использует эти приоритеты и уровень качества источников, которые будут рассмотрены позднее.

Уровень приоритета может быть установлен для каждого из выбранных опорных источников по усмотрению пользователя по следующей иерархии:

Внешний:            от BITS;

Линия:                  от какой-либо линии;

Трибутарный:     от какого-либо трибутарного сигнала STM-N
или 2м;

Внутренний:       режим holdover или свободная генерация (free run).

Уровни качества опорного источника тактирования.

Уровень качества опорного тактового сигнала, используемого для генерации линейного сигнала STM-N показывается байтом S1 из MSOH (в старых рекомендациях он называется Z1). Биты B5-B8 байта S1 принимает значения в соответствии с рекомендациями ITU-T как показано в таблице 2.9.1. Здесь номера, помеченною буквой Q, присвоены для удобства, и не специфицированы в рекомендациях. В настоящее время для нумерации уровней качества Q используется отображение их двоичной комбинации в виде битов B5-B8 в десятичной системе счисления, как показано в столбце Q’ таблицы.

Таблица 2.9.1 Уровень качества согласно рекомендациям ITU-T.

Рис. 2.9.4 индикация уровня качества посредством байта S1.

Если внешние входы, внутренний источник тактирования (в режиме удержания или свободной генерации), или трибутарный сигнал PDH используются как доступные источники, то для этих источников сетевой элемент должен определить уровень качества каждого из них в процессе установки оборудования. Если один из них выбран как опорный источник, то оборудование сетевого элемента автоматически посыпает информацию о присвоении этому источнику уровня качества в направлении «вперед».

Если в качестве доступного источника используется линейный сигнал STM-N, сетевой элемент определяет уровень его качества по байту S1. Если один из таких сигналов используется в качестве опорного, то сетевой элемент посыпает в направлении «вперед» тот же уровень качества в байте S1. В направлении «назад» сетевой элемент преднамеренно автоматически посылает Q = 6 безотносительно к действительному уровню качества используемого опорного сигнала. «Вперед» здесь означает направление цифрового потока линейного сигнала откуда извлекается тактовый сигнал, а «назад» – противоположное направление. Например, когда в качестве опорного используется сигнал, поступающий с западного направления west – W, сигнал восточного направления east – E соответствует направлению «вперед», а сигнал западной линии – направлению «назад». Если байт S1 принимаемого сигнала показывает Q = 6, что означает «не использовать», сетевой элемент не может выбрать этот источник в качестве опорного. Автоматическая установка Q = 6 для направления «назад» производится для того, чтобы избежать появления петли тактирования, которая может привести к нестабильным переключениям туда и обратно между несколькими источниками, как показано на
рисунке 2.9.3.

Правила для переключения опорного источника.

Для выбора опорного источника из нескольких доступных применяются правила, приведенные в таблице 2.9.1. Уровень качества (Q) источника рассматривается прежде, чем его уровень приоритета (Р). Уровень приоритета применяется только для выбора между источниками с одинаковыми уровнями качества. При аварийных условиях, таких, как превышение уровня ошибок, аварии сигнала (AIS) и т.п., даже если байт S1 считывается и имеет значение, отличное от Q = 6, сетевой элемент рассматривает уровень качества этого сигнала как Q = 6 и не использует его.

Таблица 2.9.2 – Правила переключения источника тактирования

1

Выбрать из доступных источников тактирования источник
с наивысшим уровнем качества (Q)

2

Для источников с одинаковым уровнем качества выбрать источник с наивысшим приоритетом (Р)

3

Источнику сигнала неисправной линии присваивается Q = 6 независимо от значения S1

4

S1 для сигнала посылаемого в обратном направлении, устанавливается как Q = 6

Пример переключения источника тактирования.

Следующее объяснение являет собой пример установок для распределения тактирующих сигналов и показывает выполнение переключения при аварии в соответствии с правилом переключения. В этом примере используются две оптоволоконных кольцевых системы, представляющие собой более сложный случай, чем линейная система. Так как установки выбраны только в качестве примера для объяснения, действительные установки могут иметь ряд отличий, зависящих от конфигурации сети.

Нормальное состояние. (рис 2.9.5)

Станция А является ведущим узлом (master node) при распределении тактирующих сигналов и имеет PRC в соответствии с G811. Станция С является вспомогательным ведущим узлом (sub master node) и снабжена ведомым (slave) источником тактирования транзитного уровня согласно G.812. В случае аварии источника тактирования PRC узел возьмет на себя функции ведущего источника тактирования. Станции В и С являются полностью ведомыми узлами. Установки выполнены таким образом, что сигнал тактирования передается в направлении против часовой стрелки от станции A (A → B → C → D).

На станции А

Из двух источников с одинаковыми уровнями качества (Q = 2, EXT1 и EXT2) выбирается в качестве опорного ЕХТ1, имеющий высший уровень приоритета. В сигнале STM-N, который генерируется на станции А, байт S1 устанавливается так, что Q = 2.

На станции В

Из трех доступных источников («запад», «восток» и «внутренний») выбирается источник с наивысшим уровнем качества («запад»). Этот узел устанавливает S1 для восточного направления как Q = 2 (вперед) и для западного направления Q = 6 (назад).

На станции С

Этот узел имеет также стабильный источник тактирования транзитного уровня G.812, хотя его уровень качества (Q = 3, ЕХТ1 и 2), определяемый сетевым элементом ниже, чем для принимаемого сигнала «запад», в качестве опорного сигнала выбирается «запад».

Рис. 2.9.5 нормальное состояние.

На станции D

Индикаторы S1 принимаемых по линиям «западного» и «восточного» направлений, одинаковы (Q = 2) и выше, чем «внутренний», применяя правило номер 2, этот узел использует сигнал «запад», так как его уровень приоритета выше.

Возникновение аварии. (рис 2.9.6)

Предположим, что авария сигнала в линии происходит в направлении сигнала против часовой стрелки между станциями А и В, тогда в кольцевой сети произойдет изменение опорного тактирующего сигнала в соответствии со следующим процессом.

Рис. 2.9.6 авария линии.

На станции В

Из-за приема сигнала аварии на направлении «запад», который был ранее опорным, узел присваивает этому сигналу уровень качества Q = 6 безотносительно к значению индикатора S1. Узел В прекращает использование сигнала «запад» и переключается на «внутренний». Он не может использовать «восток», так как этот сигнал имеет индикатор S1, соответствующий Q = 6. Сетевой элемент посылает S1 = Q = 5, что соответствует уровню качества нового опорного источника, по восточному и западному направлениям, автоматически изменив предыдущие значения Q = 2 и Q = 6 соответственно.

Промежуточное состояние №1 (рис 2.9.7)

Обнаружив изменение S1, в принимаемом сигнале «западного» направления, с Q = 2 на Q =5 , узел начинает сравнивать доступные источники тактирования. Это «запад», «восток», ЕХТ1, ЕХТ2 и «внутренний». Выбирается ЕХТ1 с наивысшим Q; хотя ЕХТ2 имеет тот же уровень качества, но его приоритет ниже. Сетевой элемент посыпает
S1 = Q = 3 в восточном и западном направлениях, изменив предыдущие значения Q = 2 и Q = 6 соответственно.

Рис. 2.9.7 промежуточное состояние №1.

Промежуточное состояние №2 (рис 2.9.8)

На станции С

Теперь принимаемый сигнал «восточного» направления имеет более высокое качество (Q = 2), чем текущий источник, «внутренний» (Q = 5). В результате узел выбирает «восток», посылая S1= Q = 3 в западном направлении и S1 = Q = 6 в восточном направлении.

На станции D

После сравнения качества принимаемых сигналов «восток» (Q = 2), «запад» (Q = 3), и внутреннего источника тактирования (Q = 5), узел выбирает «восток», имеющий наивысшее Q. Он посылает S1 на «восток» (вперед) Q = 2 и на «запад» (назад) Q = 6.

Рис 2.9.8 – Промежуточное состояние №2.

Конечное состояние (рис 2.9.9).

На станции С

Принимаемый сигнал «восток» имеет более высокий уровень качества Q = 2, чем существующий опорный ЕХТ1 (Q = 3), и источник тактирования изменяется на «восток». Узел посылает Q = 2 на «восток» и Q = 6 на «запад».

На станции В

Изменение опорного источника не происходит. Но индикатор S1 изменяется в «западном» направлении на Q = 2, так как из-за того, что благодаря изменениям на станции С, этот источник тактирования может теперь вернуться обратно к G.811 PRC на станции А. Эти изменения производятся с использованием S1 принимаемого сигнала «восток».

Установившееся распределение тактирующих сигналов в результате изменилось на направление против часовой стрелки от станции А.

Рис. 2.9.9 конечное состояние.

 

 

 

 

CameraLink Series | OMRON, Россия

Other 12.6 MP No Camera Link Monochrome 62.3 fps None 4096 pixels 3072 pixels Area scan Global 1.76″ CMV12000 M42 N/A 5.5 µm IP10 Camera Link Area Scan Camera, 12 MP, Monochrome, CMOS CMOSIS CMV12000, 1.76″, 5.5 µm, 62 fps, Global Shutter, M42 Mount, Cased, POCL
Other 12.6 MP No Camera Link Monochrome 62.3 fps None 4096 pixels 3072 pixels Area scan Global 1.76″ CMV12000 F-mount N/A 5.5 µm IP10 Camera Link Area Scan Camera, 12 MP, Monochrome, CMOS CMOSIS CMV12000, 1.76″, 5.5 µm, 62 fps, Global Shutter, F Mount, Cased POCL
Other 2.2 MP No Camera Link Monochrome 333 fps None 2048 pixels 1088 pixels Area scan Global 2/3″ CMV2000 C-mount N/A 5.5 µm IP10 Camera Link Area Scan Camera, 2 MP, Monochrome, CMOS CMOSIS CMV2000, 2/3″, 5.5 µm, 333 fps, Global Shutter, C Mount, Cased, POCL
Other 2.2 MP No Camera Link NIR 333 fps None 2048 pixels 1088 pixels Area scan Global 2/3″ CMV2000 C-mount N/A 5.5 µm IP10 Camera Link Area Scan Camera, 2 MP, Monochrome, CMOS CMOSIS CMV2000 NIR, 2/3″, 5.5 µm, 333 fps, Global Shutter, C Mount, Cased POCL, Near Infrared Enhanced
Other 4.2 MP No Camera Link Monochrome 180 fps None 2048 pixels 2048 pixels Area scan Global 1″ CMV4000 C-mount N/A 5.5 µm IP10 Camera Link Area Scan Camera, 4 MP, Monochrome, CMOS CMOSIS CMV4000, 1″, 5.5 µm, 180 fps, Global Shutter, C Mount, Cased, POCL
Other 4.2 MP No Camera Link NIR 180 fps None 2048 pixels 2048 pixels Area scan Global 1″ CMV4000 C-mount N/A 5.5 µm IP10 Camera Link Area Scan Camera, 4 MP, Monochrome, CMOS CMOSIS CMV4000 NIR, 1″, 5.5 µm, 180 fps, Global Shutter, C Mount, Cased, POCL, Near Infrared Enhanced
12.6 MP No Camera Link Color 62.3 fps None 4096 pixels 3072 pixels Area scan Global 1.76″ CMV12000 M42 N/A 5.5 µm IP10 Camera Link Area Scan Camera, 12 MP, Color, CMOS CMOSIS CMV12000, 1.76″, 5.5 µm, 62 fps, Global Shutter, M42 Mount, Cased, POCL
Other 12.6 MP No Camera Link Color 62.3 fps None 4096 pixels 3072 pixels Area scan Global 1.76″ CMV12000 F-mount N/A 5.5 µm IP10 Camera Link Area Scan Camera, 12 MP, Color, CMOS CMOSIS CMV12000, 1.76″, 5.5 µm, 62 fps, Global Shutter, F Mount, Cased, POCL
Other 2.2 MP No Camera Link Color 333 fps None 2048 pixels 1088 pixels Area scan Global 2/3″ CMV2000 C-mount N/A 5.5 µm IP10 Camera Link Area Scan Camera, 2 MP, Color, CMOS CMOSIS CMV2000 NIR, 2/3″, 5.5 µm, 333 fps, Global Shutter, C Mount, Cased, POCL
Other 4.2 MP No Camera Link Color 180 fps None 2048 pixels 2048 pixels Area scan Global 1″ CMV4000 C-mount N/A 5.5 µm IP10 Camera Link Area Scan Camera, 4 MP, Color, CMOS CMOSIS CMV4000, 1″, 5.5 µm, 180 fps, Global Shutter, C Mount, Cased, POCL
Other 25 MP No Camera Link Monochrome 30.72 fps None 5120 pixels 5120 pixels Area scan Global 1.1″ GMAX0505 C-mount N/A 2.5 µm
Other 25 MP No Camera Link Color 30.72 fps None 5120 pixels 5120 pixels Area scan Global 1.1″ GMAX0505 C-mount N/A 2.5 µm
Other 25 MP No Camera Link Monochrome 31.8 fps None 5120 pixels 5120 pixels Area scan Global Other Other M42 N/A 4.5 µm IP10
Other 25 MP No Camera Link Monochrome 31.8 fps None 5120 pixels 5120 pixels Area scan Global Other Other F-mount N/A 4.5 µm IP10
Other 1.6 MP No Camera Link Monochrome 236 fps None 1440 pixels 1080 pixels Area scan Global 1/2.9″ IMX273 S-mount N/A 3.45 µm IP10
Other 1.6 MP No Camera Link Monochrome 136 fps None 1440 pixels 1080 pixels Area scan Global 1/2.9″ IMX273 S-mount N/A 3.45 µm IP10
Other 0.4 MP No Camera Link Monochrome 523 fps None 720 pixels 540 pixels Area scan Global 1/2.9″ IMX287 S-mount 6.9 µm IP10
Other 0.4 MP No Camera Link Monochrome 523 fps None 720 pixels 540 pixels Area scan Global 1/2.9″ IMX287 S-mount N/A 6.9 µm IP10
Other 1.6 MP No Camera Link Color 236 fps None 1440 pixels 1080 pixels Area scan Global 1/2.9″ IMX273 S-mount N/A 3.45 µm IP10
Other 1.6 MP No Camera Link Color 236 fps None 1440 pixels 1080 pixels Area scan Global 1/2.9″ IMX273 S-mount N/A 3.45 µm IP10
Other 0.4 MP No Camera Link Color 523 fps None 720 pixels 540 pixels Area scan Global 1/2.9″ IMX287 S-mount N/A 6.9 µm IP10
Other 0.4 MP No Camera Link Color 523 fps None 720 pixels 540 pixels Area scan Global 1/2.9″ IMX287 S-mount N/A 6.9 µm IP10
Other 12.3 MP No Camera Link Monochrome 66.9 fps None 4096 pixels 3000 pixels Area scan Global 1.1″ IMX253 C-mount N/A 3.45 µm IP10 Camera Link Area Scan Camera, 12 MP, Monochrome, CMOS Sony IMX253, 1.1», 3.45 µm, 67 fps, Global Shutter, C Mount, Cased, POCL
Other 1.6 MP No Camera Link Monochrome 152.4 fps None 1440 pixels 1080 pixels Area scan Global 1/2.9″ IMX273 C-mount N/A 3.45 µm IP10 Камера Camera Link, 1.6 МП, монохромная, CMOS Sony IMX273, 1/2.9», 3.45 мкм, 153 кадров/с, полнокадровый захват, C Mount, корпусная, POCL
Other 2 MP No Camera Link Monochrome 89.1 fps None 1620 pixels 1240 pixels Area scan Global 1/1.7″ Other C-mount N/A 4.5 µm IP10
Other 3.1 MP No Camera Link Monochrome 57.1 fps None 2048 pixels 1536 pixels Area scan Global 1/1.8″ IMX265 C-mount N/A 3.45 µm IP10 Camera Link Area Scan Camera, 3,2 MP, Monochrome, CMOS Sony IMX265, 1/1.8», 3.45 µm, 57 fps, Global Shutter, C Mount, Cased, POCL
Other 3.1 MP No Camera Link Monochrome 216.2 fps None 2048 pixels 1536 pixels Area scan Global 1/1.8″ IMX252 C-mount N/A 3.45 µm IP10 Camera Link Area Scan Camera, 3,2 MP, Monochrome, CMOS Sony IMX252, 1/1.8», 3.45 µm, 216 fps, Global Shutter, C Mount, Cased, POCL
Other 0.4 MP No Camera Link Monochrome 523.5 fps None 720 pixels 540 pixels Area scan Global 1/2.9″ IMX287 C-mount N/A 6.9 µm IP10 Camera Link Area Scan Camera, 0,4 MP, Monochrome, CMOS Sony IMX287, 1/2.9», 6.9 µm, 524 fps, Global Shutter, C Mount, Cased, POCL
Other 5.0 MP No Camera Link Monochrome 35.7 fps None 2448 pixels 2048 pixels Area scan Global 2/3″ IMX264 C-mount N/A 3.45 µm IP10 Camera Link Area Scan Camera, 5 MP, Monochrome, CMOS Sony IMX264, 2/3», 3,45 µm, 36 fps, Global Shutter, C Mount, Cased, POCL
Other 5.0 MP No Camera Link Monochrome 163.4 fps None 2448 pixels 2048 pixels Area scan Global 2/3″ IMX250 C-mount N/A 3.45 µm IP10 Камера Camera Link, 5 МП, монохромная, CMOS Sony IMX250, 2/3», 3.45 мкм, 163 кадров/с, полнокадровый захват, C Mount, корпусная, POCL
Other 0.5 MP No Camera Link Monochrome 166.5 fps None 810 pixels 620 pixels Area scan Global 1/1.7″ Other C-mount N/A 9 µm IP10
Other 8.8 MP No Camera Link Monochrome 91.3 fps None 4096 pixels 2160 pixels Area scan Global 1″ IMX255 C-mount N/A 3.45 µm IP10 Camera Link Area Scan Camera, 8.9 MP, Monochrome, CMOS Sony IMX255, 1», 3.45 µm, 92 fps, Global Shutter, C Mount, Cased, POCL
Other 12.3 MP No Camera Link Color 66.9 fps None 4096 pixels 3000 pixels Area scan Global 1.1″ IMX253 C-mount N/A 3.45 µm IP10 Camera Link Area Scan Camera, 12 MP, Color, CMOS Sony IMX253, 1.1», 3.45 µm, 67 fps, Global Shutter, C Mount, Cased, POCL
Other 1.6 MP No Camera Link Color 152.4 fps None 1440 pixels 1080 pixels Area scan Global 1/2.9″ IMX273 C-mount N/A 3.45 µm IP10 Камера Camera Link, 1.6 МП, цветная, CMOS Sony IMX273, 1/2.9», 3.45 мкм, 153 кадров/с, полнокадровый захват, C Mount, корпусная, POCL
Other 2 MP No Camera Link Color 89.1 fps None 1620 pixels 1240 pixels Area scan Global 1/1.7″ Other C-mount N/A 4.5 µm IP10
Other 3.1 MP No Camera Link Color 57.1 fps None 2048 pixels 1536 pixels Area scan Global 1/1.8″ IMX265 C-mount N/A 3.45 µm IP10 Camera Link Area Scan Camera, 3.2 MP, Color, CMOS Sony IMX265, 1/1.8», 3.45 µm, 57 fps, Global Shutter, C Mount, Cased, POCL
Other 3.1 MP No Camera Link Color 216.2 fps None 2048 pixels 1536 pixels Area scan Global 1/1.8″ IMX252 C-mount N/A 3.45 µm IP10 Camera Link, Area Scan Camera, 3.2 MP, Color, CMOS Sony IMX252, 1/1.8», 3.45 µm, 216 fps, Global Shutter, C Mount, Cased, POCL
Other 0.4 MP No Camera Link Color 523.5 fps None 720 pixels 540 pixels Area scan Global 1/2.9″ IMX287 C-mount N/A 6.9 µm IP10 Camera Link Area Scan Camera, 0,4 MP, Color, CMOS Sony IMX287, 1/2.9», 6.9 µm, 524 fps, Global Shutter, C Mount, Cased, POCL
Other 5.0 MP No Camera Link Color 35.7 fps None 2448 pixels 2048 pixels Area scan Global 2/3″ IMX264 C-mount N/A 3.45 µm IP10 Camera Link Area Scan Camera, 5 MP, Color, CMOS Sony IMX264, 2/3», 3.45 µm, 36 fps, Global Shutter, C Mount, Cased, POCL
Other 5.0 MP No Camera Link Color 163.4 fps None 2448 pixels 2048 pixels Area scan Global 2/3″ IMX250 C-mount N/A 3.45 µm IP10 Камера Camera Link, 5 МП, цветная, CMOS Sony IMX250, 2/3», 3.45 мкм, 163 кадров/с, полнокадровый захват, C Mount, корпусная, POCL
Other 0.5 MP No Camera Link Color 166.5 fps None 810 pixels 620 pixels Area scan Global 1/1.7″ Other C-mount N/A 9 µm IP10
Other 8.8 MP No Camera Link Color 91.3 fps None 4096 pixels 2160 pixels Area scan Global 1″ IMX255 C-mount N/A 3.45 µm IP10 Camera Link Area Scan Camera, 8.9 MP, Color, CMOS Sony IMX255, 1», 3.45 µm, 92 fps, Global Shutter, C Mount, Cased, POCL

Различия между памятью DDR2, DDR3 и DDR4

Память DDR4 — это последнее поколение оперативной памяти с удвоенной скоростью передачи данных. Память DDR4 заменяет DDR3, которая заменила DDR2, в свою очередь заменившую DDR.

Что такое «память с удвоенной скоростью передачи данных»?

Такая память передает данные в процессор, используя как передний, так и на задний фронт тактового сигнала. Тактовый сигнал (синхросигнал) состоит из высокого и низкого уровней. Использование этих двух уровней для передачи данных делает память с удвоенной скоростью передачи данных значительно быстрее памяти с однократной скоростью передачи данных, в которой используется только один фронт тактового сигнала.

Память с удвоенной скоростью передачи данных отличается от двухканальной памяти. Узнайте подробнее о двухканальной памяти. 

Поколения памяти

Стандарты памяти контролируются Объединенным инженерным советом по электронным устройствам (JEDEC) — независимой профессиональной организацией по производству полупроводниковой техники и органом стандартизации. По мере разработки каждого нового поколения памяти этот орган контролирует стандарты конкретного поколения.

Каждое поколение памяти характеризуется повышением скорости и частоты при одновременном снижении потребления энергии. Поскольку все компьютерное оборудование связано и взаимозависимо, также увеличивается скорость работы других компонентов. Подробнее о компьютерном оборудовании читайте здесь.

Память НЕ является обратно совместимой

Одной из причин стандартизации памяти в масштабах отрасли является то, что производители компьютеров должны знать электрические параметры и физическую форму памяти, которая может быть установлена в их компьютеры. Поскольку электрические параметры каждого поколения памяти отличаются, физическая форма памяти изменяется, чтобы предотвратить установку неподходящей памяти в компьютер. В компьютерах может использоваться только то поколение памяти, которое предусмотрено конструкцией.

Узнайте подробнее о других параметрах памяти.

Если вы хотите увеличить объем имеющейся памяти или заменить ее, самый простой способ узнать, какая именно память вам нужна — это воспользоваться инструментом  Crucial ® Advisor™ или системным сканером. 

Влияние джиттера тактового сигнала на характеристики быстродействующих АЦП

Тактовый сигнал быстродействующего АЦП должен быть очень точным, чтобы не ухудшались характеристики преобразователя. В статье рассмотрены факторы, влияющие на величину джиттера.

В качестве примера рассмотрим 16-разрядный АЦП Linear Technology LTC2209, который производит 160 млн выборок в секунду. Отношение сигнал–шум равно 77,4 дБ; свободный от шума динамический диапазон составляет 100 дБ на большей части полосы пропускания.
В большинстве быстродействующих АЦП, в т.ч. в LTC2209, для хранения считанного значения амплитуды сигнала используется устройство выборки и хранения (УВХ). УВХ представляет собой конденсатор, подключенный ко входу через аналоговый ключ. При замыкании ключа происходит выборка, конденсатор заряжается до входного напряжения. При размыкании ключа это значение сохраняется.
Временная нестабильность тактового сигнала называется погрешностью апертуры, или джиттером. Она возникает, когда моменты замыкания ключа наступают через неравные промежутки. Появляется напряжение ошибки, пропорциональное амплитуде и скорости изменения входного сигнала. Другими словами, чем больше частота и амплитуда входного сигнала, тем он более чувствителен к джиттеру тактового сигнала. Из рисунка 1 видно, что погрешность для сигнала с более высокой частотой больше.

Рис. 1. Сравнение временной нестабильности для двух входных сигналов с разной частотой

 

Амплитудой джиттера называют величину смещения по времени. Она измеряется в единицах времени — долях секунды либо в интервальных единицах (unit interval, UI). Интервальной единицей называется отрезок времени, обратно пропорциональный частоте следования данных. Этот термин часто используется при исследованиях джиттера. UI определяется как минимальный номинальный временной интервал в выбранной схеме кодирования.
Частотой джиттера называют частоту, с которой происходит фазовый сдвиг. Как и в случае наложения шума или помехи, привносимый джиттером сигнал может быть синусоидальным, сложным колебанием или абсолютно случайным процессом.

Измерение джиттера

Джиттер цифрового сигнала можно увидеть по смещению импульсов относительно идеального тактового сигнала. На практике при измерении джиттера приходится опираться на сам сигнал, т.е. выявлять его смещения относительно себя же.
Простейшим и наиболее неудачным примером такого метода является наблюдение формы сигнала на осциллографе (см. рис. 2). К сожалению, полученный результат зависит от несовершенства генератора осциллографа и от спектра джиттера сигнала. Вместо джиттера на рисунке 2 показано интервальное отклонение. Между ними есть определенная связь, однако на некоторых частотах джиттер не виден вовсе, тогда как на других амплитуда джиттера может удвоиться, например, если речь идет о низкочастотном джиттере.

 

Рис. 2. Неверный способ наблюдения смещения фронтов сигнала на осциллографе

Для получения временной нестабильности следует подавать на вход АЦП идеальный тактовый сигнал с ФАПЧ. Такой способ самоуточнения сигнала аналогичен наложению ВЧ-фильтра с частотой среза, равной частоте среза ФАПЧ. Полученный идеальный тактовый сигнал можно использовать в качестве внешнего тактового сигнала осциллографа или как опорный сигнал при работе с двулучевым осциллографом.
Если в качестве тактового сигнала для осциллографа использовать опорный сигнал с ФАПЧ и установить временную развертку в один UI, множество следующих друг за другом импульсов отобразятся как один, накладываясь двух на друга из-за послесвечения точек люминофора экрана. Такая характерная картинка называется глазковой диаграммой. Степень раскрытия глаза зависит от смещения по времени фронтов импульса. Узость глазного просвета характеризует джиттер — чем меньше просвет, тем больше временная нестабильность.
На рисунке 1 серый прямоугольник обозначает область, за которую не должен заходить сигнал, иначе временная нестабильность превышает допустимый предел.

Факторы, влияющие на джиттер

Уровень джиттера нельзя оценивать отвлеченно, поскольку значения, недопустимо высокие для одних схем, являются пренебрежимо малыми для других. Для производителя программируемых логических схем 30 и 50 пс — малый джиттер. В быстродействующих АЦП точность тактового сигнала не должна превышать 1 пс в зависимости от частоты входного сигнала. Строго говоря, определяющим фактором является распределение мощности по спектру оцифрованного сигнала, а не мощность сигнала на самой высокой частоте. Исключением является случай, когда сигнал максимален на верхней границе спектра. Приведем простой пример. Сигнал с равномерно распределенной мощностью в полосе 0–1 МГц на 6 дБ менее чувствителен к джиттеру, чем одночастотный сигнал с частотой 1 МГц и эквивалентной мощностью.
Источников временной нестабильности может быть несколько, начиная с резонаторов и делителей частоты до буферов тактового сигнала. Все паразитные наводки также вносят вклад.
Собственный внутренний джиттер LTC2209 равен 70 фс. Для того уровня быстродействия, который обеспечивает LTC2209 и остальные модели 16-разрядных АЦП Linear Technology при временной нестабильности 0,5 пс (это лучший показатель для большинства производителей) заметно ухудшается отношение сигнал–шум в некоторых схемах выборки. Таким образом, требования к джиттеру могут быть продиктованы не преобразователем, а принципом осуществления выборки.
Для всех АПЦ с отношением сигнал–шум 77 дБ при частоте входного сигнала 140 МГц максимальное значение этого отношения, заявленное в документации, обеспечивается при одном и том же уровне джиттера. Это объясняется просто: временная нестабильность зависит от частоты входного сигнала, а не тактового. В LTC2209 при джиттере 10 пс отношение сигнал–шум (SNR) уменьшается на 0,7 дБ при входном сигнале 1 МГц. На частоте 140 МГц отношение сигнал–шум уменьшится до 41,1 дБ.
На рисунке 3 показана зависимость отношения сигнал–шум LTC2209 от частоты входного сигнала при различных значениях джиттера. При временной нестабильности 100 пс отношение сигнал–шум начинает ухудшаться уже при частоте входного сигнала 200 кГц.

 

Рис. 3. Зависимость отношения сигнал–шум LTC2209 от частоты входного сигнала при различных значениях джиттера

Теоретически зависимость отношения сигнал–шум от джиттера описывается формулой:

SNR = –20lg(2πfвхσ),

где fвх — частота входного сигнала; σ — среднеквадратичная временная нестабильность.
Мощность шума, вызванного временной нестабильностью, пропорциональна мощности входного сигнала. Например, если мощность входного сигнала –1 дБ при частоте 70 МГц, а джиттер составляет 1 пс, отношение сигнал–шум составит 68 дБ. При мощности сигнала –5 дБ отношение сигнал–шум уменьшается до 72 дБ.
Для получения величины, на которую уменьшается отношение сигнал–шум, сложим мощность джиттера и заявленное значение SNR:

ΔSNR = 10lg(10(–SNRАЦП/10) + 10(-SNRджиттера/10)).

Как правило, для характеристики тактовых генераторов используется спектральная плотность фазового шума, выраженная в дБс/Гц. Выходной сигнал генератора можно разложить на амплитудную и частотную составляющие:

V(t) = [V0 + ε(t)]sin(2πf0t + φ(t))

где ε(t) и φ(t) — шумовые напряжение и частота.
При измерении спектральной плотности предполагается, что амплитудная компонента шума ε(t) пренебрежимо мала по сравнению с фазовым шумом φ(t). Это допущение применимо к генераторам любого качества.
По определению, спектральная плотность L(f) есть отношение сигнала с одной боковой полосой фазового шума на полосе 1 Гц к мощности несущей. Проинтегрировав L(f), получим джиттер в полосе f1—f2:

 

 

Результат этого выражения не зависит от частоты.
Для большинства резонаторов указывается джиттер в полосе 12 кГц…20 МГц. Так сложилось исторически. За пределами этого диапазона характеристики могут кардинально отличаться. Это следует иметь в виду при выборе резонатора.
Для большинства генераторов, в которых фазовый шум, близкий к несущей, доминирует, большее значение имеет нижняя граница диапазона. Для практических вычислений более информативным параметром является спектральная плотность. Так, два генератора с разным спектральным составом могут иметь одинаковый джиттер при одинаковых пределах интегрирования. При этом их отношения сигнал–шум различаются.
Широкополосный шум на ВЧ может не влиять на временную нестабильность, однако уменьшает отношение сигнал–шум. Фазовый шум вблизи несущей размывает основной сигнал, за счет чего уменьшается динамический диапазон и отношение сигнал–шум за счет равномерного повышения порогового шума во всей зоне Найквиста.
Джиттер не влияет на свободный от шума динамический диапазон, если только тактовый сигнал не содержит выбросы. Нижний предел интегрирования соответствует минимальному частотному разрешению манипуляций оцифрованной выборки.
На рисунке 4 показан джиттер тактового сигнала в ограниченной полосе, соотнесенный с фазовой модуляцией двух сигналов одинаковой амплитудой и с разными частотами. Видно, что действие случайного фазового шума и фазовой модуляции тактового сигнала увеличивается в присутствии входного сигнала с более высокой частотой. Вход синхронизации АЦП следует рассматривать как вход для локального генератора, а не как сигнал цифрового управления. Все компоненты, присутствующие в тактовом сигнале, в т.ч. широкополосный шум до частот гигагерцового диапазона, смешиваются с входным сигналом.

 

Рис. 4. Влияние фазового шума тактового сигнала на входной сигнал

 

Джиттер определяется приложением, а не АЦП

Приложения, в которых принимается слабый сигнал, находящийся очень близко к большим посторонним сигналам, например RFID, чувствительны к фазовому шуму вблизи несущей. Наоборот, когда оцифровывается выходной сигнал CCD, джиттер не влияет, поскольку в момент выборки скорость нарастания сигнала мала.
Для систем обработки видеосигнала фазовый шум вблизи несущей также не влияет на работу. Например, в HDTV окно выборки составляет примерно 6400 пс на пиксел. Еще одним классом устройств, нечувствительных к фазовому шуму вблизи несущей, являются высокоскоростные устройства передачи данных, для которых даже широкополосный фазовый шум незаметен.
Сигналы с высоким коэффициентом амплитуды (WCDMA OFDM) и нестандартным распределением мощности имеют низкую среднеквадратичную мощность, поэтому пороговый уровень шума не превышает амплитуду одного тона. В то же время при модуляции более высокого порядка, например QAM и ФМ, сигналы более подвержены шуму и имеют узкую полосу восстановления несущей для тех же скоростей передачи символов, что в CDMA.
В программно-определяемых приемопередатчиках требования к фазовому шуму также достаточно жесткие, поскольку вблизи информационного сигнала могут возникать сильные одночастотные помехи.

Выбор тактового генератора

Большинство генераторов вырабатывает фазовый шум, близкий к несущей, который ограничивает их динамический диапазон в этой области. Для его подавления используется контур ФАПЧ, который выступает как узкополосный фильтр слежения.
Полоса пропускания петли определяется генератором и, наоборот, генератор подбирается под желаемую полосу петли. Для кварцевого генератора, управляемого напряжением (КГУН), требуется очень узкая полоса, чтобы отслеживать стабильный опорный источник. Управляемые напряжением генераторы (ГУН) имеют широкий диапазон настройки, однако для них требуется более широкая полоса петли, иначе шум вблизи несущей окажется слишком большим.
Если настраиваемый диапазон частот мал, рекомендуется использовать кварцевый резонатор, управляемый напряжением. Когда диапазон составляет октаву, а шум вблизи несущей должен быть слабым, возникают сложности, особенно если коэффициент деления большой и в ФАПЧ сравниваются низкие частоты. На рисунке 5 приведено сравнение типичной частотной зависимости фазового шума КГУН и ГУН.
Оптимальная полоса пропускания контура ФАПЧ определяется точкой пересечения кривой плотности шума опорного генератора, умноженной на центральную частоту, и кривой фазового шума КГУН или ГУН. В приведенном примере это частота 2 кГц для КГУН и 300 кГц — для ГУН. Угловая частота 300 кГц, поэтому приходится сравнивать частоты не менее 3 МГц, а лучше рассчитывать с запасом (5 МГц).

 

Рис. 5. Сравнение типичной частотной зависимости фазового шума КГУН и ГУН

Для приведенного примера можно выбрать КГУН с частотой срав­нения 20 кГц. Если низкая опорная частота (коэффициент деления высок) используется в схеме с ГУН, точка пересечения располагается на более низкой частоте и временная нестабильность значительно увеличивается. Если полоса пропускания контура ФАПЧ и коэффициент умножения слишком малы, фазовый шум ГУН остается в полосе пропускания ФАПЧ. Если для конкретного приложения близкий к несущей шум не играет роли, можно использовать кварцевый резонатор.
Тактовый сигнал может ухудшиться, если он проходит через матрицу ПЛИС, в которой внутренние перекрестные помехи достаточно сильны. В ПЛИС могут возникать скачки общего потенциала. Если выходы ПЛИС тактируются с разной частотой, то эти скачки проявятся в тактовом сигнале и, в конечном счете, — на выходе АЦП, использующем этот же сигнал тактирования.
В качестве каскада восстановления синхронизации целесообразнее использовать малошумящие триггеры, чтобы не возникала временная нестабильность при делении частоты ГУН с помощью ПЛИС. В то же время ПЛИС можно использовать как узкополосный контур ФАПЧ для внешнего КГУН с внешним петлевым фильтром. Не рекомендуется применять схемы цифровой ФАПЧ для получения тактового сигнала для АЦП кроме случаев передискретизации.
Тактовый сигнал ухудшается также в случае, когда он проходит вдоль цифровых сигналов. Тактовый сигнал следует проводить только по медным проводникам и отверстиям. На рисунке 6 показаны примеры правильной и неправильной трассировки линии тактирования. Во втором случае тактовый сигнал проходит по тем же каналам, что и цифровые сигналы.

 

Рис. 6. Правильное (слева) и неправильное (справа) расположение линии тактирования

 

Заключение

Джиттер тактового сигнала оказывает определяющее влияние на характеристики АЦП. Он является функцией частоты входного сигнала, а не частоты выборки. Выбор тактового генератора определяется назначением приложения. Рекомендуется тщательно изучать характеристики, заявленные производителем. Выбранный тактовый генератор следует протестировать вместе с АЦП на отладочной плате, иначе могут возникнуть проблемы на более поздних стадиях проектирования.

Литература

Патенты — Кафедра «Информационная безопасность систем и технологий»

  1. Кашаев Е.Д., Иванов А.П., Тимонин С.О., Симаков М.Н., Коршунов М.С., Нуждин Н.А. Способ маскирования аналоговых речевых сигналов // Патент России № 2546614. 2015. Бюл. № 33.
  2. Кашаев Е.Д., Егорова Н.А. Способ определения тактовых моментов работы защищенной аппаратуры по информативному сигналу // Патент России № 2525451. 2014.
  3. Кашаев Е.Д., Липилин О.В., Тимонин С.О. Способ выделения тактовых моментов в принемаемом фазоманипулированном информационном сигнале в условиях радиоэлектронной борьбы // Патент России № 2525449. 2014.
  4. Кашаев Е.Д., Егорова Н.А., Боброва Е.Е.  Способ псевдосинхронного накопления информативного сигнала, известного точно // Патент России № 2486722. 2013.
  5. Кашаев Е.Д., Егорова Н.А. Способ выделения сигнала помехи из перехваченной смеси на конечных временных интервалах // Патент России № 2486721. 2013.
  6. Кашаев Е.Д., Егорова Н.А., Боброва Е.Е. Способ повышения на физическом уровне помехоустойчивости синхропосылок устройства преобразования сигналов // Патент России № 2485739. 2013.
  7. Кашаев Е.Д., Егорова Н.А. Способ уменьшения вероятности ложного обнаружения сигнала при синхронном накоплении // Патент России № 2480969. 2013.
  8. Кашаев Е.Д., Егорова Н.А. Способ снижения вероятности ошибки на бит при перехвате синхропосылок устройства преобразования сигналов // Патент России № 2480968. 2013.
  9. Кашаев Е.Д., Зефиров С.Л., Липилин О.В. Способ оценки частоты одиночного гармонического колебания в ограниченном диапазоне // Патент России № 2480847. 2013. Бюл. № 12.
  10. Румянцева Н.Б., Зефиров С.Л., Султанов Б.В., Шутов С.Л., Колотков А.Ю. Радиомодем // Патент России № 2460215. 2012.
  11. КашаевЕ.Д., Липилин О.В., Разов Р.В., Жуков С.И. Способ выделения тактовых моментов тестовых сигналов аппаратуры передачи данных в условиях радиоэлектронной борьбы // Патент России № 2458494. 2012.
  12. Кашаев Е.Д., Егорова Н.А., Липилин О.В. Способ оценки частоты несущего колебания устройства преобразования сигналов // Патент России № 2429532. 2011.
  13. Колготин П.В., Румянцева Н.Б., Султанов Б.В., Шутов С.Л., Щербаков М.А. Способ измерения ухода частоты несущей в сигнале дальнего эха в коммутируемом двухпроводном канале телефонной сети общего пользования // Патент России № 2345373. 2009.

Дата создания: 28.04.2015 14:24
Дата обновления: 16.10.2019 12:53

Что такое тактовые сигналы в цифровых схемах и как они формируются?

Написано Тайлером Войцеховичем
Инженер по приложениям в Symmetry Electronics

Компоненты синхронизации — одни из самых распространенных компонентов в электронике. Они необходимы почти для любой сложной конструкции, и без них вся наша электроника не работала бы.Ранее мы обсуждали, как создать дерево часов, но понимание того, как часы работают, имеет решающее значение для понимания того, как работает ваш дизайн. В конце концов, это не волшебство, и когда до него доходит, все довольно просто.

В этой статье я объясню различные типы доступных компонентов синхронизации и объясню, почему часы так важны в цифровых электрических схемах. Продолжайте читать, чтобы узнать, зачем нужны часы в цифровых схемах.

Что такое тактовый сигнал?

Мы можем определить тактовый сигнал как особый тип сигнала, который колеблется между высоким и низким состоянием.Сигнал действует как метроном, которому цифровая схема следует во времени, чтобы согласовать последовательность своих действий. Цифровые схемы полагаются на тактовые сигналы, чтобы знать, когда и как выполнять запрограммированные функции.

Если часы в дизайне подобны сердцу животного, то тактовые сигналы — это удары сердца, которые поддерживают работу системы.

Как производятся тактовые сигналы?

Есть разные способы создания тактового сигнала, но все они начинаются с кварцевого резонатора .Кристаллический резонатор обычно называют кристаллом . Для работы кристаллы объединяются со схемой усилителя для подачи напряжения на электрод рядом с кристаллом или на нем.

Кристалл кварца — это крошечная кварцевая щель, каждая из двух поверхностей которой металлизирована и соединена электрическим соединением. Важно, чтобы физический размер и форма кристалла кварца были точно вырезаны, потому что это определяет частоту колебаний, производимых кристаллом.После того, как кристалл вырезан и сформирован, его нельзя использовать на любой другой частоте. Кристаллы кварца используются чаще, так как частоты, генерируемые кристаллами кварца, более устойчивы к изменениям температуры. Если бы вместо этого использовался внутренний RC-резонатор, изменения температуры повлияли бы на поведение генератора, что привело бы к изменениям выходной частоты.

Кристаллический осциллятор Кристаллы

имеют синусоидальный выходной сигнал и обычно используются, если целевая ИС имеет встроенный генератор и встроенные схемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) для внутренней синхронизации.Когда кварцевый генератор и колебательный контур объединены в одном корпусе, его обычно называют кварцевым генератором . Этот кварцевый пьезоэлектрический генератор выдает полезный осциллирующий сигнал, чаще всего прямоугольную волну с коэффициентом заполнения 50%. Обычно этот тактовый сигнал имеет фиксированную частоту, и синхронизация может активироваться либо по нарастающему, либо по спадающему фронту каждого тактового цикла.

Генератор часов

Тактовый генератор объединяет генератор с одной или несколькими ФАПЧ, выходными делителями и выходными буферами.Тактовые генераторы и тактовые буферы полезны, когда требуется несколько частот, а целевые ИС находятся на одной плате или в одной ПЛИС. В некоторых приложениях FPGA / ASIC имеют несколько временных областей для тракта данных, плоскости управления и интерфейса контроллера памяти и, как следствие, требуют нескольких уникальных опорных частот. В большинстве случаев генератор является внешним по отношению к тактовому генератору, хотя становится все более распространенным, что генераторы объединяются в тот же пакет, что и тактовый генератор, в попытке консолидировать перечень материальных затрат и сложности наряду с другими преимуществами.Существует много различных типов генераторов тактовой частоты, и каждый из них оптимизирован для достижения различных показателей производительности и затрат в зависимости от приложения.

Синхронные и автономные исполнения: Системы

и их комбинация различных подсистем могут потребовать автономной или синхронной архитектуры синхронизации.

Если система работает автономно, , независимые часы могут использоваться без каких-либо специальных требований фазовой синхронизации или синхронизации.Примеры включают стандартные процессоры, контроллеры памяти, SoC и периферийные компоненты (например, USB, переключатели PCI Express).

Примером сложной ИС, с которой все знакомы, может быть микроконтроллер. Микроконтроллеры полагаются на часы от кварцевого генератора, за исключением случаев, когда они используются в асинхронных схемах, например, в случае асинхронных процессоров. Наиболее распространенные микроконтроллеры содержат внутренний генератор R-C, который достаточно хорош для таких вещей, как связь UART, хотя внешние кварцевые генераторы необходимы для других типов связи, таких как USB или Ethernet.

И наоборот, синхронные системы синхронизации требуют непрерывной связи и синхронизации на уровне сети во всех связанных системах. В этих приложениях тактовые генераторы на основе ФАПЧ с низкой пропускной способностью обеспечивают фильтрацию джиттера, чтобы гарантировать синхронизацию на сетевом уровне. Например, синхронизация всех эталонных часов SerDes (сериализация-десериализация) с высокоточными эталонными часами сети (например, Stratum 3 или GPS) гарантирует синхронизацию между всеми узлами системы.

Примеры деревьев синхронных часов включают в себя оптическую транспортную сеть (OTN), SONET / SDH, мобильную транспортную сеть, синхронный Ethernet и передачу видео HD SDI. Однако существуют различные приложения, требующие точной частоты или времени, помимо связи. Некоторым приложениям требуется длительная синхронизация между двумя подсистемами, которые не связаны друг с другом. Если бы осциллятор, используемый в качестве основы для часов реального времени, был отключен всего на 0,1%, через неделю часы были бы отключены почти на 10 минут.Также может потребоваться долговременная точность без знания реального времени.

Например, предположим, что вы хотите, чтобы несколько модулей Bluetooth просыпались один раз в час для обмена данными в течение нескольких секунд, а затем возвращались в спящий режим, чтобы сохранить заряд батареи. Стандартный генератор на 20 ppm отключается всего на доли секунды в час, тогда как резонатор 1% RC может отключаться на полминуты. Если используется RC-резонатор, модули Bluetooth должны оставаться включенными в течение более длительных периодов времени для связи друг с другом, что приводит к потере заряда батареи.

Внутренние и внешние генераторы:

Внутренние генераторы обычно используются для обеспечения синхронизации для микроконтроллеров, не требующих точной синхронизации. Внутренние генераторы достаточно хороши для связи UART с низкой скоростью, хотя внешние кристаллы и генераторы требуются для протоколов связи, таких как CAN, USB или Ethernet, которые имеют более строгие требования к точности синхронизации.

Использование внешнего генератора позволяет использовать более широкий диапазон частот, где внутренний (ые) генератор (ы) обычно имеют одну частоту с несколькими вариантами предварительного делителя тактовой частоты.В электронике время — это свойство, которое можно измерить точно и дешево, поэтому часто проблема превращается в измерение времени или создание импульсов с точным отсчетом времени.

Некоторые преимущества внешних часов и генераторов включают:

  • Точность — внутренние часы неточны и на них может влиять шум
  • Температурная независимость — генераторы и часы (особенно генераторы с температурной компенсацией) могут использоваться при низких или высоких температурах или там, где температура сильно колеблется.При изменении температуры частота колебаний может оставаться относительно неизменной.
  • Скорость — внутренние генераторы могут не достичь максимальной скорости ИС, и в этом случае требуется внешний генератор
  • Voltage — Скорость внутреннего генератора может зависеть от напряжения, при котором он работает. Если генератор управляет оборудованием, которое может создавать радиочастотные помехи, добавление переменного напряжения к его управляющему входу может рассеять спектр помех, приближая его к идеальному.В этом примере только внешний генератор контроллера напряжения может обеспечить такую ​​возможность
  • Требуется несколько тактовых импульсов — если многие подсистемы должны работать синхронно и подключены друг к другу, можно использовать один внешний генератор тактовых импульсов для замены автономного тактового компонента каждой подсистемы.

В этой таблице приведены характеристики различных компонентов синхронизации.

Функция

Кристалл

XO

Генератор часов

Тактовый буфер

Аттенюатор джиттера

Автономный режим

Есть

Есть

Есть

Есть

Синхронный режим

Есть

Есть

Есть

Умножение часов

Есть

Есть

деление часов

Есть

Есть

Есть

Очистка джиттера

Есть

Сложность конструкции

Низкая

Низкая

Средний

Низкая

Средний

Интеграция

Низкая

Низкая

Высокая

Высокая

Высокая

Ключевые особенности, упрощающие создание дерева часов

Малый форм-фактор

Любая частота, любой выход

Формальный / уровневый перевод

Синтез тактового сигнала любой частоты

Размещение рядом с IC

Формат перевода

Интегрированный выходной микс

Встроенный контурный фильтр

Переключение между часами на разных частотах без сбоев

Преобразование выходного напряжения

Безударная коммутация

Перевод уровня VDD

Отключение тактовой частоты синхронного выхода

Удержание при потере блокировки

Silicon Labs — предпочтительный поставщик высококачественных компонентов синхронизации.

Silicon Labs предлагает широкий выбор генераторов, генераторов тактовой частоты, аттенюаторов джиттера и буферов тактовой частоты для удовлетворения разнообразных потребностей проектирования.

Зачем нужны часы Silicon Labs?

Используете FPGA?

Silicon Labs предоставляет эталонные проекты для Broadcom, Cavium, Intel / Altera, NXP / Freescale, Xilinx, Marvell и Lattice.

В интернет-магазине Symmetry вы можете найти широкий спектр решений для синхронизации, соответствующих вашим потребностям.Symmetry Electronics является авторизованным дистрибьютором Silicon Labs.

Прочтите другие похожие сообщения от Symmetry Electronics:


Почему стоит сотрудничать с Symmetry Electronics? Технический персонал Symmetry прошел специальное обучение у наших поставщиков, чтобы обеспечить всестороннюю техническую поддержку. Наши штатные инженеры по приложениям предоставляют бесплатные услуги по проектированию, чтобы помочь клиентам на ранних этапах цикла проектирования, предлагая решения, позволяющие сэкономить время, деньги и нервы.Свяжитесь с Symmetry для получения дополнительной информации.

Тактовый сигнал — обзор

9.2.8 Контроллер прерывания пробуждения (WIC)

Во время глубокого сна, когда все тактовые сигналы процессора остановлены, NVIC не может обнаружить входящие запросы прерывания. Чтобы позволить микроконтроллеру просыпаться по запросам прерывания, даже если тактовые сигналы недоступны, в версии Cortex-M3 r2p0 была введена функция, называемая Контроллером прерываний при пробуждении (WIC).

WIC — это небольшая дополнительная схема обнаружения прерывания, которая связана с NVIC в процессоре Cortex ® -M через специальный интерфейс, а также связана с системой управления питанием конкретного устройства, такой как блок управления питанием ( PMU) (рисунок 9.6). WIC не содержит никаких программируемых регистров, и информация о маскировке прерывания передается от NVIC к WIC непосредственно перед переходом в режим глубокого сна.

РИСУНОК 9.6. WIC отражает функцию обнаружения прерывания, когда тактовый сигнал подается на остановку процессора.

Логика обнаружения прерывания WIC может быть настроена разработчиками микросхем для поддержки асинхронной работы. Это означает, что WIC может работать без синхросигнала. Когда поступает запрос на прерывание, WIC обнаруживает запрос и информирует PMU о восстановлении часов, после чего процессор может проснуться, возобновить работу и обслужить запрос прерывания.

В некоторых конструкциях можно использовать усовершенствованные методы энергосбережения, называемые State Retention Power Gating (SRPG), для значительного уменьшения тока утечки микросхемы. В схемах SRPG регистры (часто называемые триггерами в терминологии проектирования ИС) имеют отдельный источник питания для элементов сохранения состояния внутри регистров (рисунок 9.7). Когда система находится в режиме глубокого сна, нормальный источник питания может быть отключен, оставив включенным только питание элементов сохранения состояния. Утечка такого типа конструкции значительно снижается, поскольку комбинаторная логика, тактовые буферы и большинство частей регистров отключены.

РИСУНОК 9.7. Технология SRPG позволяет отключать питание большинства частей цифровой системы без потери состояния

Хотя состояние отключения питания SRPG может помочь значительно снизить ток в спящем режиме микроконтроллера, выключенный процессор не может обнаружить запросы на прерывание. Следовательно, WIC необходим, когда микроконтроллер реализует технологию SRPG. На рисунке 9.8 показан режим глубокого сна при использовании SRPG.

РИСУНОК 9.8. Иллюстрация режима WIC Операции глубокого сна

В проектах SRPG, поскольку состояния процессора сохраняются, он может возобновить работу с того места, где программа была приостановлена, и, следовательно, может обрабатывать запрос прерывания почти немедленно, как обычно спящий режим.На практике последовательность включения питания требует времени для завершения и, следовательно, может увеличить задержку прерывания. Точная задержка зависит от полупроводниковой технологии, памяти, устройств синхронизации, конструкции системы питания (например, сколько времени требуется для стабилизации напряжения) и т. Д.

Для процессоров Cortex-M3 и Cortex-M4 используется только WIC в режиме глубокого сна (когда установлен бит SLEEPDEEP в регистре управления системой). В обычном спящем режиме он не включает операции WIC и не должен запускать операции отключения питания SRPG.В зависимости от микроконтроллера вам также может потребоваться запрограммировать дополнительные регистры управления в блоке управления питанием (PMU) для конкретного устройства, чтобы включить функцию WIC.

Не все микроконтроллеры Cortex-M3 и Cortex-M4 поддерживают функцию WIC. Ранние продукты Cortex-M3 (редакция r1p1 и более ранние версии) вообще не поддерживают функцию WIC. Обратите внимание, что если все тактовые сигналы остановлены в режиме глубокого сна, таймер SysTick внутри процессоров Cortex-M3 или Cortex-M4 также будет остановлен и, следовательно, не сможет генерировать исключения SysTick.

Также обратите внимание, что когда к системе подключен отладчик, он может отключить некоторые возможности низкого энергопотребления. Например, микроконтроллер может быть спроектирован таким образом, чтобы часы продолжали работать в режиме глубокого сна при подключении отладчика, чтобы отладчик мог продолжать проверять состояние системы, даже если код приложения пытается использовать режим глубокого сна. режим.

Цепи часов

  • Изучив этот раздел, вы сможете:
  • Поймите необходимость генераторов часов.
  • Распознавать схемы тактового генератора.
  • • Часы с дистанционным управлением.
  • • Часы с кварцевым управлением.
  • Распознавать схемы тактового генератора.

Часы и временные сигналы

Большинство последовательных логических схем управляется тактовым генератором. Обычно это нестабильная схема, генерирующая регулярные импульсы, которые в идеале должны:

1. Быть постоянным по частоте

Многие тактовые генераторы используют кристалл для управления частотой.Поскольку кварцевые генераторы обычно генерируют высокие частоты, там, где требуются более низкие частоты, исходная частота генератора делится с очень высокой частоты на более низкую с помощью счетных схем.

2. Имеют быстрые фронты нарастания и спада импульсов.

Именно фронты импульсов важны для синхронизации работы многих последовательных цепей, время нарастания и спада обычно меньше 100 нс. Выходы схем синхронизации обычно должны управлять большим количеством вентилей, чем любой другой выход в данной системе.Чтобы эта нагрузка не искажала тактовый сигнал, выходы тактового генератора обычно поступают через буферный усилитель.

3. Имеют правильные логические уровни

Сигналы, генерируемые схемами синхронизации, должны иметь соответствующие логические уровни для схем, на которые подается питание.

Простой тактовый генератор

Рис. 5.1.1 Простой тактовый генератор с инвертором Шмитта

Рис. 5.1.1 — это, вероятно, самый простой из возможных осциллятор, состоящий всего из трех компонентов.Обратите внимание, что затвор представляет собой инвертор Шмитта. Это устройство имеет чрезвычайно быстрое переключение между логическими состояниями. Также уровень, на котором он реагирует на изменение входного сигнала с 0 на 1 (Vt +), выше, чем уровень, на котором он изменяется с 1 на 0 (Vt-). Принцип работы схемы следующий.

Предположим, что вход затвора имеет логический 0, поскольку затвор является инвертором, выход должен иметь логическую 1, и поэтому C будет заряжаться через R с выхода. Это произойдет с нормальной кривой зарядки CR.Как только на входе затвора достигается Vt +, выход затвора быстро переключается на 0. Теперь резистор эффективно подключен между положительной пластиной C и нулевым вольт. Таким образом, конденсатор теперь разряжается через R до тех пор, пока входное напряжение затвора не снизится до Vt-, когда выход снова изменится на логическую 1, снова начав цикл зарядки и разрядки.

Рис. 5.1.2 Типичный базовый выходной сигнал генератора Шмитта

Этот RC-генератор Шмитта может генерировать импульсную форму волны с превосходной формой волны и очень коротким временем нарастания и спада.Отношение метки к пространству, как показано на рис. 5.1.2, составляет примерно 1: 3.

Частота колебаний зависит от постоянной времени R и C, но также зависит от характеристик используемого логического семейства. Для 74HC14 частота (ƒ) рассчитывается по формуле:

При использовании 74HCT14 поправочный коэффициент 0,8 заменяется на 0,67, однако любая из этих формул даст приблизительную частоту. Какое бы семейство логических схем ни использовалось, частота будет изменяться с изменением напряжения питания.Хотя этот базовый генератор обеспечивает отличную производительность во многих простых приложениях, если стабильная частота является важным фактором при выборе тактового генератора, конечно, есть лучшие варианты.

Тактовый генератор с кварцевым управлением

Рис. 5.1.3 Тактовый генератор с кварцевым управлением

На рис. 5.1.3 используются три затвора от микросхемы 74HCT04 и кристалл, чтобы обеспечить точную частоту колебаний. Здесь генератор работает на частоте 3,276 МГц, но ее можно уменьшить, разделив выходную частоту до более низкого значения, разделив ее на 2 несколько раз, используя серию триггеров.

Верхняя осциллограмма на рис. 5.1.4 показывает тактовый сигнал, сгенерированный рис. 5.1.3, а под ним — частота тактового сигнала, деленная на 4 после прохождения его через два триггера. Обратите внимание, что после прохождения сигнала через триггеры, а также уменьшения частоты, форма волны стала значительно квадратнее и теперь имеет отношение метки к пространству 1: 1.

Рис. 5.1.4 Тактовая частота деленная на 4

Генератор часов с таймером 555

Другой вариант в схемах, не требующих очень высокочастотных тактовых сигналов, заключается в использовании таймера 555 в нестабильном режиме в качестве тактового генератора.Эта ИС способна генерировать импульсные или прямоугольные сигналы хорошего качества в широком диапазоне частот, ниже тех, которые возможны с кварцевыми генераторами, а также стабильность частоты не будет такой хорошей, как у кварцевых генераторов. Некоторые варианты конструкции осцилляторов обсуждаются в Модуле осцилляторов 4.4

.

Двухфазные тактовые сигналы

Некоторым более старым микропроцессорным системам требовались двухфазные тактовые сигналы, которые при условии, что тактовый сигнал источника работал с частотой, вдвое превышающей требуемую микропроцессором, экономили время обработки, поскольку микропроцессор мог выполнять два действия за тактовый цикл вместо одного.

Создание двухфазного тактового сигнала

Если используется тактовый сигнал с соотношением промежутков между метками 1: 1, можно создать два неперекрывающихся тактовых импульса, используя схему, показанную на рис. 5.1.5. Эти сигналы обычно называются Φ01 и Φ02 (Φ греческая буква Phi используется для обозначения фазы).

Рис. 5.1.5 Двухфазный тактовый генератор

На рис. 5.1.5 одиночный тактовый сигнал, имеющий отношение метки к пространству 1: 1, подается в триггер JK, работающий в режиме переключения. Это достигается за счет создания логики J и K равной 1.Активные входы низкого PR и CLR не участвуют в работе этой схемы, поэтому они также связаны с логикой 1. В режиме переключения выход Q триггера JK инвертирует логические уровни в Q и Q на каждом заднем фронте вход часов (CK), а также выход Q и Q, всегда находящиеся в противоположных логических состояниях.

Каждый из вентилей И-НЕ затем будет генерировать выход логического 0, когда оба его входа находятся на логической 1. Следовательно, вентиль И-НЕ, генерирующий Φ01, создает импульс логического 0, когда CK и Q находятся в логической 1, а вентиль И-НЕ, генерирующий Φ02, создает Импульс логического 0, когда CK и Q находятся на уровне логической 1.

Рис. 5.1.6 Двухфазный тактовый сигнал

Рис. 5.1.6 иллюстрирует работу Рис. 5.1.5. Каждый из вентилей И-НЕ будет генерировать выход логического 0, когда оба его входа находятся на логической 1. Следовательно, вентиль И-НЕ, генерирующий Φ01, создает импульс логического 0, когда CK и Q находятся в логической 1, а вентиль И-НЕ, генерирующий Ф02, создает логический 0. импульс, когда CK и Q находятся на уровне логической 1. Типичные формы выходных сигналов показаны на рис. 5.1.7.

Если требуются положительные тактовые импульсы, выходы логических элементов И-НЕ могут быть инвертированы с помощью инверторов Шмитта, что также поможет уменьшить время нарастания и спада тактовых сигналов.

Распределение тактовых сигналов

Для более требовательных приложений доступно очень много специализированных ИС тактовых генераторов, которые обычно оптимизированы для определенного диапазона приложений, таких как компьютерное оборудование, беспроводная связь, автомобильные или медицинские приложения и т. Д.

Часы Fan-out

Какая бы схема ни использовалась для генерации тактового сигнала, важно, чтобы ее выход имел достаточную способность разветвления для управления необходимым количеством ИС, требующих тактового входа, и чтобы тактовый сигнал не ухудшался по амплитуде, скорости его нарастания и время спада или точность его частоты.Кроме того, поддержание короткого времени нарастания и спада может привести к возникновению «звонков» на сигнале. Форма волны должна быть как можно ближе к идеальной прямоугольной форме волны.

Рис. 5.1.7 Двухфазные тактовые сигналы

Емкость цепи

Поскольку тактовый генератор должен питать множество вентилей, небольшая емкость каждого из этих вентилей будет увеличиваться, чтобы стать заметной емкостью, которая загружает тактовый выход, стремясь замедлить время нарастания и спада тактового сигнала. Чтобы избежать этого, тактовый выход должен иметь достаточно низкий импеданс, чтобы быстро заряжать и разряжать любую естественную емкость в цепи.Обычный способ добиться этого — подать тактовый сигнал через специальный вентиль тактового буфера, который будет иметь необходимый низкий выходной импеданс и большой коэффициент разветвления. Триггерные вентили Шмитта также могут использоваться для восстановления формы и целостности тактовых сигналов перед их подачей на вентили в различных частях схемы.

Перекрестный разговор

Там, где тактовый сигнал должен быть распределен по большим цепям, существует большая вероятность появления шума и возможных перекрестных помех, когда данные в одном проводе излучаются в другой соседний проводник.Подобные проблемы увеличивают вероятность ошибок «перекоса», то есть тактовых сигналов, поступающих в разные части схемы в несколько разное время из-за небольших изменений фазы некоторых распределенных тактовых сигналов. Миниатюризация, вызванная технологией поверхностного монтажа, может помочь свести к минимуму эти проблемы. Также, когда тактовые сигналы должны быть отправлены из одной системы в другую по внешнему проводному или беспроводному каналу связи, обычно используется одно из нескольких семейств логических схем ECL или LVDS с их дифференциальными выходами, чтобы минимизировать помехи, и существует множество специализированных ИС ( ASICS) с использованием этих технологий для распределения высокочастотных тактовых импульсов.

Назначение тактового сигнала — Обмен электротехнического стека

Большая часть цифровой логики, так называемой «комбинационной» логики, действительно не требует часов. Обычно часы используются, когда необходимо сохранить какое-то значение, используя так называемую защелку или триггер. Часы фиксируют время, когда старое значение отбрасывается, а новое значение принимается. Это позволяет нам гарантировать, что новое значение не будет принято до тех пор, пока не «установится» вся комбинационная логика, производящая это значение, т.е.е. все изменения распространились от входов к выходу, и выход больше не изменится.

Часы

также используются для синхронизации сигнала при отправке данных между двумя местами, то есть между одним устройством и другим. Принимающее устройство может использовать часы в качестве ориентира, чтобы определить, когда пора читать следующий бит / значение. Можно передавать данные без явных часов, но часы упрощают декодирование сигнала.

Фактически, это также верно в случае цифровых логических схем — можно создавать сложные схемы без использования тактовых сигналов, но тактовые сигналы значительно упрощают эту задачу.Однако в этом случае без часов обойтись крайне сложно; на практике в настоящее время этим никто не занимается, кроме экспериментальных работ. Здесь есть история «асинхронных» (безчасовых) вычислений: https://en.wikipedia.org/wiki/Asynchronous_circuit — насколько мне известно, все перечисленное здесь экспериментальное. Цитата:

«Асинхронная схема или самосинхронная схема — это последовательная цифровая логическая схема, которая не управляется схемой часов или глобальным синхросигналом. Вместо этого она часто использует сигналы, указывающие на завершение инструкций и операций, определенных простыми протоколами передачи данных. .Этот тип схемы отличается от синхронных схем, в которых изменения значений сигнала в схеме запускаются повторяющимися импульсами, называемыми тактовым сигналом. В большинстве цифровых устройств сегодня используются синхронные схемы. Однако асинхронные схемы потенциально могут быть быстрее, а также могут иметь преимущества в более низком энергопотреблении, меньших электромагнитных помехах и лучшей модульности в больших системах. Асинхронные схемы — активная область исследований в области проектирования цифровых логических схем ».

Цепь генератора тактовых сигналов

— Инженерные проекты

Принципиальная схема тактовых генераторов с использованием нестабильного мультивибратора, тактовых генераторов с использованием таймера IC 555, тактовых генераторов с использованием цифрового инвертора IC, тактовых генераторов с использованием OP-AMP

Цели генератора тактовых сигналов

Вы могли заметить обычную вещь в большинстве цифровых интегральных схем, а именно частую потребность в непрерывной последовательности импульсов, определяемой как тактовый импульс для точной работы схемы.Поскольку большинство устройств с последовательной логикой, таких как триггеры, счетчики, регистры и т. Д., Предпочитают синхронный режим работы, потребность в часах более очевидна в ИС, которые составляют эти устройства. Чтобы удовлетворить наши потребности, на рынке распространены специализированные микросхемы тактовых генераторов.

Тем не менее, эти тактовые сигналы могут генерироваться с помощью многих основных схем. Для этого требуются очень простые компоненты. Тогда почему бы нам не потратить немного времени и усилий на изучение чего-то нового, если это стоит наших вложений? Я не вижу причин не делать этого, когда можно так хорошо управлять, ничего не теряя.Здесь мы разработаем четыре совершенно разных генератора тактовых импульсов, каждый из которых реализует различные устройства: дискретные устройства, линейные интегральные схемы и цифровые интегральные устройства.

Имеет ограничивающий фактор; генерируемый тактовый импульс может быть не таким точным, как генерируемый указанной схемой, но этот проект стоит попробовать. Наша единственная цель — сгенерировать тактовый сигнал с частотой 1 МГц от каждой из четырех цепей, а затем оценить качество сигнала, производимого каждой из них.

ОПИСАНИЕ ЦЕПИ ГЕНЕРАТОРА ЧАСОВОГО СИГНАЛА

Мы обсуждаем несколько способов генерации импульсов, поэтому очевидно, что этот проект состоит из нескольких цепей.Всего имеется четыре выделенных схемы генерации импульсов и одна дополнительная схема для обеспечения питания (постоянным напряжением) для работы каждой из этих схем. Подробное описание каждого дано ниже:

  1. Тактовые генераторы с нестабильным мультивибратором

Это первая схема для генерации тактовых импульсов, показанная на рис. 1, в которой используются основные и дискретные компоненты, такие как нестабильный мультивибратор и два биполярных транзистора, которые последовательно соединены друг с другом.Это позволяет легко извлекать выходной сигнал с любого из коллекторных выводов двух транзисторов. Как показано на рисунке, если мы используем выход коллектора Q 2 , постоянная времени комбинации R 2 и C 1 (= 0,69R 2 C 1 ) определяет время наибольшего выходного сигнала. Точно так же постоянная времени R 3 и C 2 (= 0,69R 3 C 2 ) определяет низкое время сигнала. Обратное происходит, если выходной сигнал снимается с клеммы коллектора Q 1 .В связи с этим можно сказать, что два разных выхода, полученные от Q 1 и Q 2 , являются инвертированными версиями друг друга.

Допустим,

R 2 = R 3 = R и C 1 = C 2 = C.

Выражение для частоты выходного сигнала равно

.

F = 1 / (1.38RC).

Если мы будем следовать таблице значений компонентов, прилагаемой ниже, то 1 МГц является приблизительным значением частоты для этого проекта.

Необходимо соблюдать осторожность при использовании высокоскоростных биполярных переключающих транзисторов (например, 2N918). Если вы откажетесь от других переключающих транзисторов, таких как 2N 2222, можно заметить ухудшение формы волны, полученной вместе с нарастающими и резкими спадами фронтов. Форма волны может выглядеть треугольной, а не импульсной, которую мы ожидаем на выходе. Тем не менее, до нескольких десятков кГц этот транзистор работает нормально и может соответствовать точному совпадению.

ПЕРЕЧЕНЬ ДЕТАЛЕЙ ГЕНЕРАТОРА ЧАСОВ, ИСПОЛЬЗУЮЩЕГО НАСТОЛЬНЫЙ МУЛЬТИВИБРАТОР

Резистор (полностью ¼-ватт, ± 5% углерода)
R 1 , R 4 = 270 Ом

R 2 , R 3 = 8.2 кОм

Конденсаторы
C 1 , C 2 = 100 пФ (керамический диск)
Полупроводники
T 1 , T 2 = 2N918 (кремниевый радиочастотный транзистор NPN)
  1. Генератор часов с использованием таймера IC 555

Основным компонентом этого проекта является наиболее часто используемый таймер IC555.Эта схема довольно популярна из-за использования обычно доступных компонентов. Постоянная времени R 1 и C 2 (0,69R 1 C 2 ) подает сигнал высокого времени на выходе № 3 из IC. Точно так же малый выходной сигнал времени обеспечивается постоянной времени (0,69R 2 C 2 ). Если значения из таблицы выбраны, то эти значения высокого и низкого времени вычисляются как приблизительно 500 наносекунд.

Таким образом, частота выходного сигнала составляет около 1 МГц.Тот факт, что все сделано для извлечения тактового сигнала 1 МГц, очевиден. Однако полученные результаты, в основном, формы волны лежат далеко от удовлетворительной области. Вероятно, это связано с тем, что нарастающий и спадающий фронт сигнала далеко не вертикальный. В результате последствий, вызванных ограничивающим фактором внутренней схемы микросхемы таймера 555, сигналы имеют тенденцию иметь треугольную форму вместо гладкой формы сигнала квадратной формы.

Если вы внимательно понаблюдаете, вы могли заметить, что мы использовали все значения компонентов таким образом, что они вместе генерируют выходной сигнал 1 МГц.Причина этого заключается в том, что микросхему таймера нельзя использовать на этой частоте. Однако при желании вы можете изменять значения компонентов и проверять формы сигналов, полученные на разных выходных частотах. Вы можете сами оценить разницу. Максимальный предел для получения хорошей формы волны тактового сигнала составляет до 100 кГц. В остальном полученная форма волны может не соответствовать нашим ожиданиям.

ПЕРЕЧЕНЬ ДЕТАЛЕЙ ГЕНЕРАТОРА ЧАСОВ, ИСПОЛЬЗУЮЩЕГО ТАЙМЕР IC555

Резистор (полностью ¼-ватт, ± 5% углерода)
R 1 , R 2 = 680 Ом
Конденсаторы
С 1 = 0.1 мкФ (керамический диск)

C 2 = 0,001 мкФ (керамический диск)

C 3 = 0,01 мкФ (керамический диск)

Полупроводники
IC 1 = NE555 (таймер IC)

D 1 = 1N914 (Быстрый коммутирующий диод слабых сигналов)

  1. Генератор тактовых сигналов с использованием цифрового инвертора IC

Если вы раньше просматривали схемы тактового генератора, вы, должно быть, обратили внимание на множество схем, построенных каскадно из трех инверторов и RC-цепи.Цифровой инверторный тактовый генератор представляет собой аналогичную схему, которая включает в себя шестнадцатеричный инвертор КМОП IC 4069. Еще один привлекательный факт в этой схеме заключается в том, что постоянная времени R 1 и C 2 , заданная 0.5R 1 C 2 , решает сама по себе как HIGH, так и LOW время контура. Весь процесс вращается вокруг зарядки и разрядки конденсатора.

При высоком выходном сигнале конденсатор заряжается через R 1 , а при низком выходе он разряжается через тот же резистор R 1 .Как и в предыдущей схеме, выходная частота составляет 1 МГц для значений компонентов, перечисленных в таблице.

ПЕРЕЧЕНЬ ДЕТАЛЕЙ ГЕНЕРАТОРА ЧАСОВ, ИСПОЛЬЗУЮЩЕГО ЦИФРОВОЙ ИНВЕРТОР IC

Резистор (полностью ¼-ватт, ± 5% углерода)
R 1 = 1 кОм
Конденсаторы
C 1 = 1000Pf (керамический диск)

C 2 = 0,1 мкФ (керамический диск)

Полупроводники
IC 1 (N 1 — N 3 ) = 4069 (шестнадцатеричный инвертор CMOS)
  1. Генератор тактовых сигналов с использованием OP-AMP

Для простоты понимания работы схемы она разделена на две отдельные части.IC-3 вместе с резисторами R 1 , R 2 , R 3 и конденсатором C 1 образует первую секцию, которая представляет собой прямоугольный генератор. Пиковая амплитуда положительного и отрицательного полупериода составляет примерно 5 вольт. Форма выходного сигнала генератора симметрична с периодом времени, определенным параметром

.

T = 2 * R 1 * C 1 * Ln [(1 + K) / (1-K)]

Где K = R 3 / (R 2 + R 3 ).

Согласно значениям компонентов из таблицы, выражение

Ln [(1 + K) / (1-K)] = 1

А рабочая частота равна 1/2 * R 1 * C 2 = 1 МГц.

Теперь перейдем к следующему разделу. Схема состоит из IC-4, резистора R 4 и диода D 1 . Эта комбинация схем также называется полуволновым выпрямителем, поскольку она допускает только положительные полупериоды. Разумный процесс, стоящий за этим, подробно описан в следующих строках. Для входного сигнала прямоугольной формы во время положительного полупериода диод D 1 имеет обратное смещение, поэтому он проходит только положительную часть, которая видна на выходе.

Напротив, для отрицательной половины диод становится смещенным в прямом направлении, и схема рассыпается в схему инвертирующего усилителя с нулевым сопротивлением обратной связи. Таким образом, результат, полученный на выходе, также равен нулю. Необходимо знать достаточно, чтобы использовать операционный усилитель AD829 и диод D 1 (N914), оба из которых являются высокоскоростными устройствами. Точность используемого значения является важным фактором для генерации частоты 1 МГц.

ПЕРЕЧЕНЬ ДЕТАЛЕЙ ГЕНЕРАТОРА ЧАСОВ, ИСПОЛЬЗУЮЩЕГО OP-AMP
Резисторы (все ¼-ватт, ± 5% углерода)
R 1 = 500 Ом

R 2 = 10 кОм

R 3 = 8.6 кОм

R 4 = 1 кОм

Конденсаторы
C 1 = 1000 пФ ((керамический диск))

C 2 — C 5 = 0,1 мкФ (керамический диск)

Полупроводники
IC 1 , IC 2 = AD829 (малошумящий высокоскоростной операционный усилитель)

D 1 = 1N914

ИНСТРУКЦИИ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ

На рисунках 1, 2, 3 и 4 представлены четыре различных варианта.Проект настолько прост, что его легко собрать на печатной плате общего назначения. Для проверки правильности наблюдаемых значений затем выбирается одна из четырех выходных сигналов за раз, а затем анализируется с помощью осциллоскопа. Таким образом измеренные значения сравниваются с теоретическими значениями. Опять же, нужно проверять результат и наблюдать эффекты анализа.

Нравится:

Нравится Загрузка …

Что такое синхронизация и почему она важна?

Синхронизация цифровых устройств часто считается чем-то вроде загадочного темного искусства, особенно когда настройки становятся все более и более сложными.

Основы

Проще говоря, в мире преобразования A в D и D в A цифровой сигнал должен быть точно синхронизирован, чтобы предотвратить неприятные искажения звука. Чтобы взять аналоговый звук и сделать его цифровым, мы просто берем периодические выборки амплитуды звуковых сигналов, а затем отправляем их в виде серии единиц и нулей, которые может использовать компьютер или другое цифровое устройство.

Сэмплы берутся много раз в секунду, 44100 раз в секунду в случае компакт-диска (часто обозначаемого как 44.1 кГц). Эти образцы необходимо отбирать через определенные устойчивые интервалы, чтобы при преобразовании данных обратно в аналоговые данные мы могли быть уверены, что конв. Поэтому наличие стабильного тактового сигнала, управляющего вашими преобразователями, имеет решающее значение для обеспечения идеального захвата звука и последующего хорошего чистого воспроизведения.

Точность часов называется «джиттером» и измеряется в наносекундах или меньше. Чем меньше величина джиттера, тем точнее будет захват и воспроизведение и тем лучше будет звучать звук (в теории … но это совсем другой аргумент).Если часы медленно меняются с течением времени, это называется дрейфом и, как и джиттер, может привести к тому, что ваш звук не будет захвачен или воспроизведен точно и вызвать искажение.

В продуктах Audient мы используем высококачественные кристаллы и схемы, называемые петлей фазовой автоподстройки частоты, чтобы гарантировать, что мы поддерживаем джиттер и дрейф на минимально возможном уровне, а ваш звук остается чистым!

Одно и несколько устройств

Если вы хотите использовать только одно устройство, например аудиоинтерфейс, вам действительно не нужно слишком беспокоиться о синхронизации, большинство интерфейсов и операционных систем все это сделают за вас.Однако когда вы начинаете добавлять несколько единиц, все становится немного сложнее.

Необходимо синхронизировать несколько устройств, чтобы все ваши устройства считывали и воспроизводили звук с одинаковой скоростью. Это называется синхронизацией двух устройств.

Простая аналогия, объясняющая необходимость синхронизации двух устройств с помощью тактового сигнала, — это представление двух вращающихся шестеренок. Они должны вращаться с одинаковой скоростью, чтобы зубцы сцепились вместе. Если один вращается быстрее, чем другой, зубья не будут сцепляться, и все пойдет наперекосяк; точно так же, как ваш звук, если ваше оборудование неправильно синхронизировано.

Когда вы начинаете добавлять еще больше устройств в цепочку, все эти устройства должны работать с одним и тем же тактовым сигналом, точно так же, как длинная цепочка из шестеренок подряд, вращающихся с одинаковой скоростью.

Для обеспечения этого тактового сигнала должен быть только один блок, предназначенный для отправки тактового сигнала остальным устройствам. Подобно назначенному водителю на вечеринке, это устройство держит под контролем всю команду. Мы называем это «Master Clock».

Выбор ведущего устройства

Выбор ведущего устройства обычно очень гибок.Довольно часто лучшим устройством для установки в качестве ведущего является то, которое подключено к компьютеру (где это возможно), такое как ProTools Rig или аудиоинтерфейс. Таким образом, когда вы открываете проект в DAW, аудиоинтерфейс должен измениться в соответствии с частотой дискретизации проекта и, следовательно, изменить частоту дискретизации всех подчиненных устройств. Однако это зависит от используемых устройств.

Один из вариантов, который особенно полезен при больших установках, — это использование выделенного главного тактового модуля, который затем будет посылать тактовый сигнал всем устройствам в цепочке.

Отправка тактового сигнала

Тактовый сигнал может быть отправлен двумя различными способами: либо через выделенную линию синхронизации, например, кабель BNC, либо встроен в цифровой аудиосигнал, отправляемый через ADAT, S / PDIF или AES / EBU. Во всех этих случаях тактовый сигнал будет двигаться только в одном направлении, протекая с выхода одного устройства на вход другого.

Выделенная линия синхронизации просто подключается к ведущим часам, а затем подключается к другим устройствам. Т-разветвители BNC можно использовать для разделения линии синхронизации и «гирляндного подключения» всех ваших устройств вместе.

Отправка часов, встроенных в аудиосигнал, может быть гораздо более простым решением, если у вас есть только одно внешнее устройство, подключенное к вашему интерфейсу. По крайней мере, на один кабель меньше, о чем стоит беспокоиться. Однако по мере того, как несколько устройств начинают подключаться, это может стать немного беспорядочным, поскольку нет возможности «гирляндного соединения» нескольких устройств вместе, как с помощью линии синхронизации слов BNC.

Все о тактовых сигналах

В современном дизайне преобладают цифровые устройства.Эти все синхронные конечные автоматы, состоящие из триггеров. Переход от одно состояние к следующему является синхронным и управляется сигналом, известным как clock . Вот почему мы удачно назвал часы как «, отвечающий за синхронные конструкции ’.

Определение тактового сигнала : Мы можем определить тактовый сигнал как тот, который синхронизирует переходы между состояниями, поддерживая синхронизацию всех регистров / элементов состояния. В общей терминологии тактовый сигнал — это сигнал, который используется для запуска последовательных устройств (в общем, триггеров).Под этим мы подразумеваем, что в активном состоянии / фронте тактового сигнала, данные на входе триггеров распространяются на выход’ . Это распространение называется переходом между состояниями. Как показано на рисунке 1, «2-битный» кольцевой счетчик переходит из состояния «01» в «10» по фронту активного синхросигнала.

Рисунок 1: Рисунок, показывающий состояние переход по активному фронту часов

Тактовые сигналы занимают очень важное место во всем мире. этапы проектирования микросхемы.Поскольку переход состояния происходит при переходе часов, полное моделирование, включая проверку, статический временной анализ и строб моделирование уровней перемещается только вокруг этих сигналов часов. Если статическое время анализ можно рассматривать как тело, тогда часы — это его кровь. Также во время физическая реализация дизайна, особое внимание должно быть уделено размещение и маршрутизация элементов часов, иначе конструкция может неудача. Элементы часов отвечают почти за половину динамической мощности расход в конструкции.Поэтому; часы должны быть поставлены на первое место важность. Дерево часов : Тактовый сигнал исходит от источника тактового сигнала. Могут быть конструкции с один источник тактовой частоты, в то время как некоторые конструкции имеют несколько источников тактовой частоты. Часы сигнал распространяется в дизайне в виде дерева; листья дерева аналогично последовательным устройствам, запускаемым тактовым сигналом и корень аналогичен источнику часов. Поэтому; распространение часов в конструкции обозначено как часы дерево. Обычно (за исключением случаев, когда вводится преднамеренный перекос для обслуживания некоторых критических путей по времени), Часовое дерево разработано таким образом, чтобы оно было уравновешенным. По сбалансированным часам дерево, мы имеем в виду, что тактовый сигнал достигает каждого элемента дизайн почти одновременно. Часы синтез дерева (размещение и маршрутизация элементов дерева часов) является важным шаг в процессе реализации. Специальные ячейки и методы маршрутизации используется для создания прочного дерева часов. Домены часов : Автор clock, мы имеем в виду «набор флопов, управляемых тактовым сигналом». Для Например, флопы, управляемые системными часами, составляют системную область. Сходным образом, могут быть и другие домены. В проекте может быть несколько доменов часов; некоторые из них могут взаимодействовать друг с другом. Для взаимодействующих часов домены, должно быть какое-то фазовое соотношение между тактовыми сигналами в противном случае есть вероятность неудачи из-за метастабильности. Если фазовое соотношение невозможно достичь, должны быть синхронизаторы домена часов, чтобы уменьшить вероятность метастабильного сбоя.

Определение сигнала как часы : В инструментах EDA « create_clock » Команда используется для определения сигнала как часов. Мы должны пройти период часы, точка определения часов, его опорные часы (если это сгенерированный часы, как описано ниже), рабочий цикл, форма сигнала и т. д. в качестве аргумента команда.


Мастер и сгенерированные часы : инструменты EDA имеют концепцию master и сгенерированы часы.Сгенерированные часы — это те, которые получены из других часов, известных как его главные часы. Сгенерированные часы могут иметь одинаковую частоту или частота отличается от его основных часов. В общем, сгенерированные часы определяются таким образом, чтобы отличать их от их мастера в термины частотной, фазовой или доменной зависимости .

Некоторая терминология связанные с часами : Существуют разные термины, связанные с тактовыми сигналами, описано ниже:


  • Ведущий и задний фронт тактовой частоты : когда тактовый сигнал переходит с «0» на «1», край часов называется передним фронтом.Аналогично, когда сигнал часов при переходе от «1» к «0» фронт тактовой частоты называется задним фронтом.

  • Запуск и край захвата : край запуска — это край тактового сигнала, на котором данные запускается на флопе. Точно так же край захвата — это край часов на какие данные захватываются флопом.
  • Часы skew : Смещение часов определяется как разница во времени прихода часов. сигналы на разных штифтах створок.Учитывая набор флоп, перекос — это разница в минимальное и максимальное время прихода тактового сигнала. Глобальный перекос наклон часов для всего дизайна. Напротив, учитывая только В части дизайна перекос называется локальным перекосом.

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.