Почему мы используем кристаллы 32,768 кГц в большинстве цепей?

45

Почему мы используем кристаллы 32,768 кГц в большинстве цепей, например, в цепях RTC? Что произойдет, если я использую кристалл 35 или 25 кГц?

Я предполагаю, потому что внутренняя схема контактов Xin, Xout IC должна быть в технологии CMOS / TTL / NMOS. Это правда?

oscillator crystal ramesh6663
источник
9
А если вдвое уменьшить частоту в 15 раз?
Игнасио Васкес-Абрамс
1
@ FEB1115: Он (предполагая) имел в виду, что вы получите, если умножить 2 на 15 раз?
WedaPashi
3
@ FEB1115 Я думаю, что Игнасио Васкес-Абрамс намекает на то, что 215=32768
К. Rmth
2
Бит ОТ ... Еще одна популярная частота для кристаллов была 4,43 МГц (или там около). Рано домашние микрокомпьютеры часто использовали это. Это связано с тем, что кристаллы с этой частотой использовались для обнаружения цветовых сигналов в цветных телевизорах с ЭЛТ, поэтому они производились в больших количествах (для каждого цветного телевизора требовался один) и, следовательно, были очень дешевыми (проблема для ранних домашних компьютеров). (Возможно, США и Европа использовали две разные частоты для цвета, но они оба были бы в диапазоне от 4 до 5 МГц.)
Баард Копперуд
1
@BaardKopperud NTSC (ранее использовался в Северной Америке, Японии и некоторых других странах) использовал частоту цветных кристаллов 3,579545 МГц, поэтому было несколько чипов, включая чип NS 1pps, которые использовали кристаллы этой частоты.
Спехро Пефхани

Ответы:

58

Частота часов реального времени зависит от приложения. Частота 32768 Гц (32,768 кГц) обычно используется, потому что это значение степени 2 (2 15 ). И вы можете получить точный 1-секундный период (частота 1 Гц), используя 15-ступенчатый двоичный счетчик.

Практически в большинстве приложений, особенно цифровых, потребление тока должно быть как можно ниже, чтобы продлить срок службы батареи. Таким образом, эта частота выбрана как лучший компромисс между низкой частотой и удобным производством с доступностью на рынке и недвижимостью с точки зрения физических размеров при проектировании платы, где низкая частота обычно означает, что кварц физически больше.

WedaPashi
источник
еще одно сомнение, если некоторые процессоры в основном используют 27 МГц, это означает, что из-за входной частоты ФАПЧ требуется 27 МГц для генерации всех других частот. Я прав?
ramesh6663
@ FEB1115: Я сомневаюсь, что я правильно понял ваш вопрос, но из того, что я могу понять, я бы сказал, многие процессоры имеют внутренние генераторы, и как только он стабилизируется, используется внешний генератор коры с необходимой конфигурацией множителей и / или делители для получения типичной желаемой частоты. Эти значения множителя и / или делителя используются системой ФАПЧ для генерации частот, которые вас интересуют и требуют.
WedaPashi
1
Если вы хотите узнать, почему процессор использует «нечетную» частоту, проверьте, имеет ли он дело с сигналом, кратным этой частоте. 27 МГц полезен для аналогового видео PAL и NTSC.
Joeforker
Вместо этого вы имеете в виду 32,768 долларов США, килогерц, а не герц? (Многие читатели SE живут в странах, где запятая является десятичным разделителем.)
Руслан
@Ruslan: Да, правильная точка зрения. Я просто имел в виду 2 для мощности 15 = 32,768 Гц или 32,768 кГц.
WedaPashi
23

Число 32768 является степенью 2, то есть 2 ^ 15. Если у вас тактовая частота 32,768 кГц, ее легко разделить на частоту 1 Гц, используя двоичные делители частоты, или двоичные счетчики, то есть цепочки триггеров.

Частота 1 Гц означает, что у вас есть тактовый сигнал, который обеспечивает разрешение в 1 с: отсчитайте секунды со счетчиком, посчитайте, и у вас будут часы реального времени (RTC).

Лоренцо Донати поддерживает Монику
источник
спасибо за быстрый ответ, так нужен ли нам 16-битный счетчик? Не могли бы вы помочь мне дать какую-либо полную ссылку, чтобы узнать свое понимание или объяснить это здесь.
ramesh6663
Я думаю, что вы можете использовать 16-битный счетчик и просто использовать вывод самой значимой цифры в качестве выходного тактового сигнала
tangrs
Или вы можете просто разделить 32768 на 2 ^ 15, что можно сделать, поместив 15 цепей деления на 2 последовательно. См. Пример деления на 2 в этой статье: electronics-tutorials.ws/counter/count_1.html Первая схема сверху!
Bimpelrekkie
Мне кажется интересным, что даже устройства с 1/100-секундным считыванием, как правило, по-прежнему используют кристаллы 32 768 Гц и увеличивают счет 25 раз каждые 8192 импульса, вместо того, чтобы использовать кристалл 32 000 Гц и делить на 64, затем на 5, а затем десять дважды.
суперкат
1
@supercat: Для деления на любое число, которое не является степенью 2, например 5 или 10 (или 20), вам нужна схема деления (или ALU, или CPU). Чтобы разделить строго по степеням 2, все, что вам нужно, это D-триггер (или несколько каскадных последовательностей: схема, лучше известная как счетчик)
slebetman
14

Это в первую очередь из-за стоимости. Эти особые кристаллы очень дешевы из-за часовой промышленности. Этот ответ дает более подробную информацию, вот выдержка:

Каждый год продается 1,2 миллиарда часов. Большинство из них - недорогие цифровые часы, требующие небольшого кристалла 32 кГц. ...

В результате эти кристаллы являются чрезвычайно недорогими ... [Другие кристаллы] стоят в 10-100 раз больше, чем эти недорогие часовые кристаллы.

Кроме того, эти кристаллы особенно хорошо оптимизированы для низкой мощности. Ожидается, что часы реального времени будут работать таким генератором в течение 10 лет на ячейке типа CR2032. Чтобы получить низкочастотные, маломощные мелкие кристаллы на других частотах, вам нужно значительно увеличить стоимость.

В небольших объемах эти кристаллы все еще дешевле, чем обычные или мощные кристаллы 25 кГц или 56 кГц, но разница в стоимости невелика, пока вы не приступите к производству в больших объемах.

Выберите то, что вам нужно, но если вы собираетесь производить продукцию большого объема и можете приспособить свой дизайн для работы с кристаллом 32 кГц, то для этого есть существенный финансовый стимул.

Адам Дэвис
источник
Как вы думаете, частота 31,25 кГц для MIDI (основанная на делении общего тактового сигнала 1 МГц) была ошибкой? Должен ли MIDI пойти на 32,768?
Каз
@Kaz Большинству миди-машин все равно понадобятся более быстрые часы. 1 МГц и его кратные дешевые и легко получить. Я не думаю, что была какая-либо причина использовать 32,768 кГц тактовую частоту в миди - даже объемы были низкими, поэтому не было бы большой экономии затрат.
Адам Дэвис
1
@Kaz: Некоторые конструкции UART требуют, чтобы тактовая частота была синхронизирована с основной петлей процессора и кратна 16-кратной требуемой скорости передачи. Когда был представлен MIDI, компьютеры обычно использовали тактовую частоту, кратную 1,0 МГц или 3,579545 МГц. Разделите первое на 2, а затем 16, чтобы точно получить 31250. Разделите последнее на 7, а затем 16, чтобы получить 31960 Гц, что примерно на 2,2% быстрее. Возможно, было бы лучше указать частоту MIDI, например, 31605 Гц +/- 1,2%, чтобы было ясно, что любое MIDI-устройство должно принимать вход с любой частотой.
суперкат
@ Kaz: если для UART требуются 16-кратные тактовые импульсы, следующая более высокая скорость, которую можно получить из кристалла с цветными вспышками, будет 37287 Гц, а следующие более высокие скорости с тактовой частотой 4,0 МГц будут 35714 и 41667 Гц, которые по существу находятся по обе стороны от него. , Частота 31250 Гц, вероятно, является наилучшей, если системы должны иметь возможность выводить ее из числа, кратного 1,0 МГц или 3,579545 МГц (BTW, PAL будет использовать 4,433619 МГц; деление этого числа на 9 и 16 дает 30789, что составляет около 1,5 % медленно, возможно, 31250 был выбран в качестве компромисса между PAL и NTSC)?
суперкат
2

Вы можете использовать любую частоту, какую пожелаете, если ваша схема предназначена для этого.

С чипами CMOS частота связана с энергопотреблением. Таким образом, тактовая частота 25 кГц потребляет меньше энергии, чем тактовая частота 32,768 кГц. Тактовая частота 35 кГц потребляет немного больше энергии. Вы должны сделать математику, чтобы определить правильное минимальное / максимальное тактирование, согласованное с выбранными вами чипами.

Существует компромисс между тактовой частотой, энергопотреблением и объемом работы, которую вы можете выполнить за такт. Это зависит от цепи к схеме.

RTC, как класс, больше всего заботятся о потреблении энергии, когда основное питание отключено - и вы работаете от резервной батарейки типа «таблетка», но также должны быть достаточно точными часами - в течение нескольких секунд в месяц. обычно.

L Brielmaier
источник