Warum verwenden wir in den meisten Schaltkreisen 32,768-kHz-Kristalle?

45

Warum verwenden wir in den meisten Schaltungen 32,768-kHz-Kristalle, zum Beispiel in RTC-Schaltungen? Was passiert, wenn ich einen 35- oder 25-kHz-Kristall verwende?

Ich gehe davon aus, dass die IC-internen Xin, Xout-Pin-Schaltungen in CMOS / TTL / NMOS-Technologie ausgeführt sein sollten. Ist das wahr?

oscillator crystal

— ramesh6663
quelle

9

Und wenn Sie die Frequenz 15 mal halbieren?

— Ignacio Vazquez-Abrams

1

@ FEB1115: Er meinte (vorausgesetzt), was bekommst du, wenn du 2 mal 15 multiplizierst?

— WedaPashi

3

@ FEB1115 Ich denke, Ignacio Vazquez-Abrams deutet darauf hin, dass

2^{15} = 32768

$2^{15}=32768$

— K. Rmth

2

Bit OT ... Eine andere beliebte Frequenz für Kristalle war 4,43 MHz (oder ungefähr). Frühe Heim-Mikrocomputer verwendeten dies oft. Das liegt daran, dass Kristalle mit dieser Frequenz verwendet wurden, um die Farbsignale in CRT-Farbfernsehern zu erfassen. Sie wurden daher in großen Mengen produziert (jeder Farbfernseher benötigte eine) und daher sehr billig (ein Problem für frühe Heimcomputer). (Möglicherweise haben die USA und Europa zwei verschiedene Frequenzen für die Farbe verwendet, aber beide liegen im Bereich von 4 bis 5 MHz.)

— Baard Kopperud,

1

@BaardKopperud NTSC (früher in Nordamerika und Japan sowie in einigen anderen Ländern verwendet) verwendete eine Farbburst-Kristallfrequenz von 3,579545 MHz. Aus diesem Grund gab es eine Reihe von Chips, darunter einen NS-1pps-Chip, der Kristalle dieser Frequenz verwendete.

— Spehro Pefhany

57

Die Frequenz einer Echtzeituhr variiert mit der Anwendung. Die Frequenz 32768 Hz (32.768 KHz) wird häufig verwendet, da es sich um einen Potenzwert von 2 (2 ¹⁵ ) handelt. Mit einem 15-stufigen Binärzähler können Sie eine genaue 1-Sekunden-Periode (1-Hz-Frequenz) erzielen.

In den meisten Anwendungen, insbesondere im digitalen Bereich, muss der Stromverbrauch praktisch so gering wie möglich sein, um die Batterielebensdauer zu verlängern. Daher wird diese Frequenz als bester Kompromiss zwischen Niederfrequenz und praktischer Herstellung mit Marktverfügbarkeit und Platzbedarf in Bezug auf die Abmessungen beim Entwerfen von Leiterplatten ausgewählt, wobei Niederfrequenz im Allgemeinen bedeutet, dass der Quarz physikalisch größer ist.

— WedaPashi
quelle

ein weiterer zweifel, ob einige der prozessoren meistens 27 mhz verwendeten, bedeutet, dass aufgrund der PLL-Eingangsfrequenz 27 mhz erforderlich sind, um alle anderen Frequenzen zu erzeugen. Bin ich richtig?

— Ramesh6663

@ FEB1115: Ich bezweifle, dass ich Ihre Frage richtig verstanden habe, aber nach meinem Verständnis haben viele Prozessoren interne Oszillatoren, und sobald sie stabilisiert sind, wird der externe Krustenoszillator mit der erforderlichen Konfiguration von Multiplikatoren und verwendet / oder Teiler, um eine typische gewünschte Frequenz zu erhalten. Diese Multiplikator- und / oder Divisorwerte werden von der PLL verwendet, um Frequenzen von Ihrem Interesse und Ihren Anforderungen zu generieren.

— WedaPashi

1

Wenn Sie wissen möchten, warum ein Prozessor eine "ungerade" Frequenz verwendet, überprüfen Sie, ob er ein Signal mit einem Vielfachen dieser Frequenz verarbeiten muss. 27 Mhz ist nützlich für analoge PAL- und NTSC-Videos.

— JoeForker

Meinen Sie stattdessen $ 32.768 $ Kilohertz, nicht Hertz? (Viele SE-Leser leben in Ländern, in denen das Komma ein Dezimaltrennzeichen ist.)

— Ruslan

@ Ruslan: Ja, ein gültiger Punkt. Ich meinte einfach 2 hoch 15 = 32.768 Hz oder 32.768 KHz.

— WedaPashi

23

Die Zahl 32768 ist eine Potenz von 2, dh 2 ^ 15. Wenn Sie eine Taktfrequenz von 32,768 kHz haben, ist es einfach, sie mit binären Frequenzteilern, auch bekannt als Binärzähler, dh Flip-Flop-Ketten, in eine Frequenz von 1 Hz zu unterteilen.

Eine Frequenz von 1 Hz bedeutet, dass Sie ein Taktsignal mit einer Zeitauflösung von 1 Sekunde haben: Zählen Sie die Sekunden mit einem Zähler, rechnen Sie nach und Sie haben eine Echtzeituhr (RTC).

— Lorenzo Donati unterstützt Monica
quelle

Vielen Dank für Ihre schnelle Antwort. Brauchen wir also einen 16-Bit-Zähler? Könnten Sie mir bitte helfen, einen vollständigen Link zu geben, um mein eigenes Verständnis zu erlernen, oder erklären Sie es bitte hier.

— Ramesh6663

Ich denke, Sie können einen

— 16-Bit-

Oder Sie können den 32768 einfach durch 2 ^ 15 dividieren, indem Sie 15 durch 2 dividierende Kreise in Reihe schalten. Ein Beispiel für eine Division durch 2 finden Sie in diesem Artikel: electronics-tutorials.ws/counter/count_1.html Erster Schaltplan von oben!

— Bimpelrekkie

Ich finde es interessant, dass selbst Geräte mit einer 1/100-Sekunden-Anzeige im Allgemeinen immer noch 32.768-Hz-Kristalle verwenden und den Zählwert 25-mal alle 8192 Impulse erhöhen, anstatt einen 32.000-Hz-Kristall zu verwenden und durch 64, dann 5 und dann zu dividieren zweimal zehn.

— Supercat

1

@supercat: Um durch eine beliebige Zahl zu dividieren, die keine Potenz von 2 wie 5 oder 10 (oder 20) ist, benötigen Sie eine Divisionsschaltung (oder eine ALU oder CPU). Um streng durch Potenzen von 2 zu dividieren, benötigen Sie lediglich ein D-Flip-Flop (oder mehrere in Reihe geschaltete: eine Schaltung, die besser als Zähler bekannt ist)

— slebetman

14

Es ist in erster Linie aus Kostengründen. Diese besonderen Kristalle sind aufgrund der Uhrenindustrie spottbillig. Diese Antwort enthält weitere Details. Hier ist ein Auszug:

Jedes Jahr werden 1,2 Milliarden Uhren verkauft. Die meisten von ihnen sind preiswerte Digitaluhren, die einen kleinen 32-kHz-Kristall benötigen. ...

Infolgedessen sind diese Kristalle außerordentlich preiswert ... [Andere Kristalle] kosten 10 bis 100 Mal mehr als diese billigen Uhrenkristalle.

Ferner sind diese Kristalle besonders gut für geringe Leistung optimiert. Es wird erwartet, dass Echtzeituhren einen solchen Oszillator 10 Jahre lang auf einer CR2032-Zelle betreiben. Um niedrige Frequenzen, niedrige Leistung und kleine Kristalle in anderen Frequenzen zu erhalten, müssen Sie einen erheblichen Kostenanstieg in Kauf nehmen.

In geringen Stückzahlen sind diese Kristalle immer noch billiger als die normalen oder Hochleistungskristalle mit 25 kHz oder 56 kHz, kosten aber den Unterschied erst, wenn Sie in die Massenfertigung einsteigen.

Wählen Sie aus, was Sie benötigen. Wenn Sie jedoch ein Produkt mit hohen Stückzahlen herstellen und Ihr Design so anpassen können, dass es mit einem 32-kHz-Kristall funktioniert, besteht ein erheblicher finanzieller Anreiz dafür.

— Adam Davis
quelle

Glauben Sie, dass die 31,25-kHz-Rate für MIDI (basierend auf der Aufteilung eines üblichen 1-MHz-Takts) ein Fehler war? Sollte MIDI für 32.768 gegangen sein?

— Kaz

@Kaz Die meisten Midi-Maschinen würden sowieso einen schnelleren Takt brauchen. 1MHz und ein Vielfaches davon sind billig und leicht zu bekommen. Ich glaube nicht, dass es einen Grund gab, eine 32,768-kHz-Timebase in Midi zu verwenden - selbst die Lautstärke war gering, so dass es keine großen Kosteneinsparungen gab.

— Adam Davis

1

@Kaz: Einige UART-Designs erfordern, dass der Baudratentakt synchron mit dem Haupt-CPU-Hahn und einem Vielfachen der 16-fachen gewünschten Baudrate ist. Als MIDI eingeführt wurde, war es üblich, dass Computer eine Uhr verwendeten, die von einem Vielfachen von 1,0 MHz oder 3,579545 MHz abgeleitet war. Teilen Sie erstere durch 2 und dann durch 16, um 31250 genau zu erhalten. Teilen Sie letzteres durch 7 und dann durch 16, um 31960Hz zu erhalten, was ungefähr 2,2% schnell ist. Es wäre vielleicht besser gewesen, die MIDI-Rate auf 31605Hz +/- 1,2% festzulegen, um zu verdeutlichen, dass jedes MIDI-Gerät Eingaben mit beiden Raten akzeptieren sollte.

— Supercat

@Kaz: Wenn ein UART einen 16-fachen Takt benötigt, beträgt die nächst höhere Geschwindigkeit, die ein Colorburst-Kristall erreichen kann, 37287 Hz, und die nächst höhere Geschwindigkeit bei einer 4,0-MHz-Zeitbasis beträgt 35714 und 41667 Hz, die sich im Wesentlichen auf beiden Seiten befinden . Die Rate von 31250 Hz ist wahrscheinlich die beste, wenn Systeme in der Lage sein müssen, sie aus einem Vielfachen von 1,0 MHz oder 3,579545 MHz abzuleiten (BTW, PAL würde 4,433619 MHz verwenden; geteilt durch 9 und 16 ergibt sich 30789, was etwa 1,5 entspricht % langsam; vielleicht wurde 31250 als Kompromiss zwischen PAL und NTSC gewählt)?

— Supercat

2

Sie können jede gewünschte Frequenz verwenden - vorausgesetzt, Ihre Schaltung ist dafür ausgelegt.

Bei CMOS-Chips hängt die Frequenz vom Stromverbrauch ab. Ein 25-kHz-Takt würde also weniger Strom verbrauchen als ein 32,768-kHz-Takt. 35-kHz-Takt würde etwas mehr Strom verbrauchen. Sie sollten die Berechnung durchführen, um die richtige minimale / maximale Taktung zu bestimmen, die auf die tatsächlich ausgewählten Chips abgestimmt ist.

Es gibt einen Kompromiss zwischen Taktrate, Stromverbrauch und der Menge an Arbeit, die Sie pro Taktzyklus erledigen können. Dies variiert von Schaltung zu Schaltung.

RTCs als Klasse beschäftigen sich am meisten mit dem Stromverbrauch, wenn die Hauptstromversorgung ausgeschaltet ist - und Sie arbeiten mit der Ersatz-Knopfzellenbatterie, müssen aber auch noch einigermaßen genaue Uhren haben - und zwar innerhalb weniger Sekunden pro Monat typisch.

— L Brielmaier
quelle