සැලසුම් මූලධර්ම සහ තෝරාගැනීමේ සලකා බැලීම් Crystal Oscillators වල භාගික සංඛ්‍යාත සඳහා
දෘඪාංග ඔරලෝසු පද්ධති සැලසුම් කිරීමේදී, ඉංජිනේරුවන්ට බොහෝ විට 11.0592 MHz, 3.579545 MHz, සහ 19.6608 MHz වැනි "අක්‍රමවත්" ලෙස පෙනෙන ස්ඵටික දෝලක සංඛ්‍යාත පන්තියක් හමු වේ. දශම සංරචක සහිත මෙම සංඛ්‍යාත අත්තනෝමතික ලෙස තෝරාගෙන නැත, නමුත් සන්නිවේදන ප්‍රොටෝකෝල, සංඛ්‍යාත{4}}බෙදීමේ සීමාවන් සහ පද්ධති{5}}මට්ටමේ ප්‍රතිලෝම අවශ්‍යතා මත පදනම්ව සැලසුම් සලකා බැලීම්වල නොවැළැක්විය හැකි ප්‍රතිඵලයකි. මූලික මූලධර්ම වලින් පටන් ගෙන, මෙම ලිපිය භාගික සංඛ්‍යාත උත්පාදනය පිටුපස ඇති තර්කනය විශ්ලේෂණය කරන අතර සංරචක තෝරාගැනීම සඳහා ප්‍රායෝගික පිරික්සුම් ක්‍රම සපයයි.
- භාගික සංඛ්‍යාත ලක්ෂ්‍යවල මූලික සැලසුම් තර්කනය
පද්ධති ඔරලෝසු ප්‍රභවය ලෙස, ස්ඵටික දෝලකයේ සංඛ්‍යාත තේරීම සෑම විටම පහළ ඩිජිටල් පරිපථවල (PLLs, බෙදුම්කරුවන් සහ අනුක්‍රමික සන්නිවේදනය වැනි) නිශ්චිත කාල අවශ්‍යතා සපුරාලීම සඳහා සකස් කර ඇත. භාගික සංඛ්‍යාත ලක්ෂ්‍යවල මතුවීම මූලික වශයෙන් පැන නගින්නේ පහත දැක්වෙන නිර්මාණ සීමාවන් වර්ග හතරකිනි:
1.දෝෂය සහතික කිරීම සඳහා UART පූර්ණ සංඛ්‍යා අංශයට අනුගත වීම-නිදහස් අනුක්‍රමික Baud අනුපාත
පහත දැක්වෙන සූත්‍රයට අනුව අනුක්‍රමික බෝඩ් අනුපාතය පද්ධති ඔරලෝසුවෙන් පූර්ණ සංඛ්‍යා බෙදීම හරහා ව්‍යුත්පන්න වේ: බෝඩ් අනුපාතය=ඔරලෝසු සංඛ්‍යාතය / බෙදුම් සාධකය
සම්මත බෝඩ් අනුපාත (9600, 19200, හෝ 115200 bps වැනි) නිවැරදිව උත්පාදනය කිරීමට ඔරලෝසු සංඛ්‍යාතය ශේෂයක් නොමැතිව භාජකයෙන් බෙදිය යුතුය. උදාහරණයක් ලෙස 1.8432 MHz ගනිමින්, 16 ගුණයක අධි නියැදි බෙදීමෙන් පසු:
1.8432 MHz ÷ 16=115.2 kHz, එය 115200 bps සමාන වේ.
ඒ හා සමානව, 11.0592 MHz සහ 19.6608 MHz යනු පිළිවෙලින් 6 ගුණයක් සහ 10.666... වාර 1.8432 MHz වේ (ඇත්ත වශයෙන්ම, 11.0592=1.8432 × 6, 19.6608=1.8432 × 10.666... PLL ලෙස PLL අවශ්‍ය වේ), නමුත් 1 MC සංඛ්‍යාතය සඳහා ඒවා සෘජුවම භාවිතා කිරීම වඩාත් පොදු වේ. මයික්‍රෝ-පාලකය, බෙදීම හරහා සියලුම සම්මත බෝඩ් අනුපාත උත්පාදනය කිරීමට අභ්‍යන්තර UART බෙදුම්කරුට ඉඩ දෙයි. 20 MHz පූර්ණ සංඛ්‍යාත සංඛ්‍යාතයක් තෝරා ගන්නේ නම්, එය 115,200 කින් ඒකාකාරව බෙදිය නොහැක, එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස සමුච්චිත දෝෂයක් ඇති වන අතර රාමු දෝෂ හෝ පැකට් අලාභය සිදුවේ.
2.ද්වීය සංඛ්‍යාත සඳහා සහාය-කොට්ඨාශ ගෘහ නිර්මාණ ශිල්පය ඔරලෝසු ගස් නිර්මාණය සරල කරයි
20.48 MHz, 10.24 MHz, සහ 5.12 MHz වැනි සංඛ්‍යාත සියල්ල 2ⁿ × 10 kHz (උදා, 20.48 MHz=2048 × 10 kHz) ලෙස ප්‍රකාශ කළ හැක. ද්විමය සංඛ්‍යාත බෙදීම හරහා මෙම සංඛ්‍යාත කැස්කැඩ් කිරීමෙන් පසුව, උප{11}}10.24 MHz, 5.12 MHz, 2.56 MHz, 1.28 MHz, සහ යනාදී ඔරලෝසු වසම් ජනනය කළ හැක. මෙම ප්‍රවේශය-ද්වීතික කවුන්ටර හෝ මාරු රෙජිස්ටර් භාවිතයෙන් සංඛ්‍යාත බෙදීම ක්‍රියාත්මක කිරීම සඳහා හොඳින් ගැලපේ, එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස-හොඳින් නිර්වචනය කරන ලද අවධි සම්බන්ධතා සහ විවිධ සංඛ්‍යාත{19}}බෙදී ඇති ඔරලෝසු අතර ස්ථාවර කාල සීමාවන් සහිත සරල පරිපථ ව්‍යුහයක් ඇති කරයි. කාර්මික DSPs, PLCs සහ servo drives වල මෙම සංඛ්‍යාත සාමාන්‍යයෙන් මූලික සංඛ්‍යාත ලෙස භාවිතා වේ.
3.ඉහළ වේග සන්නිවේදන සහ ශ්‍රව්‍ය/දෘෂ්‍ය නියැදි ප්‍රමිතීන් සපුරාලීම සඳහා PLL හරහා සංස්ලේෂණය කරන ලදී
නවීන SoCs, ප්‍රකාශ මොඩියුල සහ වීඩියෝ ප්‍රොසෙසර PLLs ඇතුළත් කර ඇති අතර ඒවා සාමාන්‍යයෙන් නිර්දේශයක් ලෙස සම්මත පූර්ණ සංඛ්‍යාත සංඛ්‍යාත (25 MHz හෝ 24 MHz වැනි) භාවිතා කරන අතර පසුව පූර්ණ සංඛ්‍යා බෙදීම හෝ ගුණ කිරීම හෝ භාගික බෙදීම හරහා නිශ්චිත{2}}සම්මත නොවන සංඛ්‍යාත ජනනය කරයි. සාමාන්‍ය උදාහරණවලට ඇතුළත් වන්නේ:
74.25 MHz: 1080i සහ 720p වැනි ආකෘති සඳහා භාවිතා කරන SMPTE ප්‍රමිතියෙන් නිර්වචනය කරන ලද අධි-විභේදන වීඩියෝ නියැදි ඔරලෝසුව;
33.1776 MHz: ශ්‍රව්‍ය කෝඩෙක්ස් සහ බ්‍රෝඩ්බෑන්ඩ් RF ඉදිරිපස-අන්තවල බහුලව දක්නට ලැබේ; PLL සමඟ භාවිතා කරන විට, එය නිශ්චිතවම 44.1 kHz හෝ 48 kHz ශ්‍රව්‍ය නියැදි අනුපාත පවුල් ජනනය කළ හැක;
25.000625 MHz: ඇතැම් Ethernet PHYs 1 Gbps රේඛා අනුපාතයක් සඳහා නිශ්චිත 125 MHz අනුක්‍රමික දත්ත අනුපාතයක් උත්පාදනය කිරීම සඳහා භාගික PLL සහිත 25 MHz ඔරලෝසුවක් භාවිතා කරයි (25 MHz හි පූර්ණ සංඛ්‍යා ගුණාකාරයන් ප්‍රායෝගිකව භාවිතා කිරීම සඳහා පමණක් මෙහි සපයා ඇත.
භාගික සංඛ්‍යාත බෙදීම නිර්ණායක ජ්වලිතය සහ ව්‍යාජ සංඥා හඳුන්වා දෙන බව සටහන් කළ යුතුය. අදියර ශබ්දයට සංවේදී යෙදුම් සඳහා, පූර්ණ සංඛ්‍යාත බෙදීම හරහා සෘජුවම ලබා ගත හැකි ඉලක්ක සංඛ්‍යාතවලට හෝ නිසි ලෙස වින්‍යාස කළ ලූප කලාප පළල සහිත අඩු-ශබ්ද PLL භාවිතයට ප්‍රමුඛත්වය දිය යුතුය.
4. ඓතිහාසික කර්මාන්ත ප්‍රොටෝකෝල සහ EMC සලකා බැලීම් පිළිපැදීම
ඓතිහාසික ප්‍රොටෝකෝල: USB 2.0 48 MHz ඉහළ-වේග ඔරලෝසුවක් නියම කරයි; Ethernet MACs 25 MHz හෝ 125 MHz භාවිතා කරයි; සහ තථ්‍ය-කාල ඔරලෝසු (RTCs) 32.768 kHz (2¹⁵ Hz) හි ක්‍රියා කරයි. මෙම සංඛ්‍යාත ප්‍රමිති ස්ථාපිත කරන විට ස්ථාවර කර ඇති අතර එතැන් සිට සමස්ත කර්මාන්ත දාමය පුරා සම්මත කර ඇති අතර එය තත්‍ය ප්‍රමිතීන් බවට පත් විය.
විද්‍යුත් චුම්භක ගැළපුම (EMC): පූර්ණ සංඛ්‍යාත සංඛ්‍යාතවල ඉහළ-ඇණවුම් හර්මොනික්ස් බල සැපයුම, RF, හෝ රැහැන් රහිත සන්නිවේදන පටි සමඟ අතිච්ඡාදනය විය හැක, මැදිහත්වීම් හඳුන්වා දෙයි. භාගික සංඝටකයක් සහිත දෝලක සංඛ්‍යාතයක් තෝරා ගැනීමෙන් හාර්මොනික් ශක්තිය විසුරුවා හැරීමට හෝ මාරු කිරීමට හැකි වන අතර එමඟින් EMI අවදානම් අවම කර පෙරීමේ සහ ආවරණ කිරීමේ පිරිවැය අඩු කරයි.
- Crystal Oscillator තෝරාගැනීමේ වෙනත් ප්‍රධාන සාධක
සංඛ්‍යාත අගයට අමතරව, තෝරා ගැනීම සඳහා පහත ඉංජිනේරු සාධක සමානව වැදගත් වේ:
Phase Noise සහ Jitter
PLL වලට ඕනෑම සංඛ්‍යාතයක් සංස්ලේෂණය කළ හැකි වුවද, භාගික සංඛ්‍යාත බෙදීම -අවසාන අවධි ඝෝෂාව සහ අහඹු කම්පනයට ආසන්නව සැලකිය යුතු ලෙස පිරිහී යයි. අධි{2}}වේග දෘෂ්‍ය මොඩියුල, මිලිමීටර-තරංග රේඩාර්, හෝ 5G fronthaul වැනි යෙදුම් සඳහා, පසුව ප්‍රමාණවත් සංඥා අඛණ්ඩතා මායිම් නොමැති වීම වැළැක්වීම සඳහා අදියර ශබ්ද පිරිවිතරයන් සපුරාලන ස්වදේශීය සංඛ්‍යාත සහිත ස්ඵටික දෝලනයන් සෘජුවම තෝරා ගැනීම නිර්දේශ කෙරේ.
ඉදිරි කාලය සහ පිරිවැය
-සම්මත නොවන හෝ අභිරුචි සංඛ්‍යාත සඳහා සාමාන්‍යයෙන් දිගු කාලයක් අවශ්‍ය වන අතර ඉහළ ඉංජිනේරු පිරිවැයක් දරයි. පිළිගත හැකි කාර්ය සාධන සීමාවන් තුළ, කර්මාන්ත-සම්මත සංඛ්‍යාතවලට (25 MHz, 27 MHz, 40 MHz, සහ 50 MHz වැනි පොදු පූර්ණ සංඛ්‍යාත සංඛ්‍යාත මෙන්ම මෙම ලිපියේ සඳහන් කර ඇති සම්මත භාග සංඛ්‍යාත වැනි) BO&D චක්‍රය කෙටි කිරීමට සහ පාලනය කිරීමට ප්‍රමුඛත්වය දිය යුතුය.
ගෘහස්ථ ආදේශක සමඟ අනුකූල වීම
දැනට, ගෘහස්ථ ක්වාර්ට්ස් ස්ඵටික දෝලක නිෂ්පාදකයින් බහුලව භාවිතා වන පූර්ණ සංඛ්‍යා සහ භාගික සම්මත සංඛ්‍යාතවලින් අතිමහත් බහුතරයක් ආවරණය කරයි. උපාංගයක් තෝරාගැනීමේදී, සැපයුම් ස්ථායිතාව, උෂ්ණත්ව ලක්ෂණ (±10 ppm සහ ±20 ppm වැනි) සහ ධාරක පාලක චිපයේ ඔරලෝසු ආදාන අවශ්‍යතා සමඟ ගැළපීම සහතික කිරීම සඳහා පැටවුම් ධාරණාව පරාමිතීන් කෙරෙහි අවධානය යොමු කරන්න.
- ප්‍රායෝගික තේරීම් නිර්දේශ
පළමුව,පද්ධති ඔරලෝසු සීමාවන් තීරණය කරන්න: සියලුම පර්යන්ත (UART, I2S, SPI, Ethernet, USB, Video) සඳහා අවශ්‍ය නිශ්චිත ඔරලෝසු සංඛ්‍යාත සහ ඒවායේ අවසර ලත් දෝෂ මායිම් ලැයිස්තුගත කරන්න.
ප්‍රතිලෝමව ස්ඵටික දෝලක මූලික සංඛ්‍යාතය ව්‍යුත්පන්න කරන්න:ක්ෂුද්‍ර පාලකය සතුව PLL තුළ ගොඩනගා ඇති-, නිඛිල හෝ අඩු-භාගික බෙදීම් අනුපාත හරහා ඉලක්ක සංඛ්‍යාත ජනනය කළ හැකි විමර්ශන ස්ඵටික දෝලකයක් තෝරන්න. 100 ට අඩු බෙදීම් අනුපාතයක් සහ 2 ක බලයක් වන හරයක් සහිත සංඛ්‍යාතවලට ප්‍රමුඛත්වය දෙන්න.
බෙදීමේ දෝෂය තහවුරු කරන්න: බෙදීමේ දෝෂය පර්යන්ත (සාමාන්‍යයෙන් < ± 2%) මඟින් ඉඩ දෙන උපරිම බෝඩ් අනුපාතය/නියැදි අනුපාත අපගමනයට වඩා අඩු දැයි ගණනය කරන්න.
EMI අවදානම තක්සේරු කරන්න:ඉහළ-සංඛ්‍යාත හර්මොනික්ස්වල වර්ණාවලි විශ්ලේෂණයක් සිදු කරන්න; අවශ්‍ය නම්, නිඛිල-පිළිවෙල ප්‍රතිමූර්තියෙන් බැහැර වන සංඛ්‍යාත ලක්ෂ්‍යයක් තෝරන්න.
ලබා ගත හැකි බව සහ පිරිවැය සලකා බලන්න: කාර්ය සාධන අවශ්‍යතා සපුරාලන අතරම, ප්‍රමාණවත් වෙළඳපල ලබා ගත හැකි සහ නිෂ්පාදන අවශ්‍යතා සපුරාලන පැකේජ වර්ගයක් (උදා, HC-49S, SMD 3.2 × 2.5 mm) සහිත ආකෘතියක් තෝරන්න.