Что генерирует тактовый сигнал в быстром процессоре и как он работает?

9

Часто для интегральных схем кварцевый кристалл используется для генерации тактового сигнала. Тем не менее, это только достигает скорости в МГц. Какой компонент или какая схема генерирует сигналы до 5 ГГц, как в компьютерных процессорах?

Как можно увеличить эту скорость, когда вы разгоняете компьютер (поскольку я не предполагаю, что кристалл ускоряется, когда вы подаете на него более высокое напряжение или делаете его более холодным)?

signal clock microprocessor crystal clock-speed Маркинсон
источник
1
Почему вы предполагаете, что кристаллы кварца достигают частот до нескольких килогерц? У меня в ящике лежат кристаллы 27 МГц.
Bimpelrekkie
Вы правы @FakeMoustache, но я имел в виду кристаллы от 1 гигагерца и выше.
Маркинсон
Хорошо, я видел кварцевые генераторы до 150 МГц, на практике используются до 50 МГц. Частоты выше, которые сделаны с использованием ФАПЧ, как упоминает Ваутер. Я работаю над продуктом, в котором мы используем PLL для преобразования 25 МГц в 60 ГГц!
Bimpelrekkie

Ответы:

18

На самом деле кварцевые генераторы могут легко разгоняться до 10 МГц. Кроме того, в большинстве случаев используется ФАПЧ (фазовая автоподстройка частоты), который является осциллятором, который сам по себе не очень точен, но может быть настроен (его частота может быть несколько отрегулирована). Частота этого высокочастотного генератора делится на подходящий коэффициент (деление сигнала на степень 2 легко и абсолютно точно), а затем сравнивается, скажем, с генератором 10 МГц. Сравнение используется для настройки высокочастотного генератора. Таким образом, высокая частота достигается с (почти) точностью низкочастотного кварцевого генератора.

В большинстве случаев схемы, делающие все это, встроены в чип процессора, потому что он должен быть сконфигурирован под управлением программного обеспечения, а маршрутизация такого высокочастотного сигнала между чипами - это кошмар.

Воутер ван Оойен
источник
4
Это было верно 5 лет назад (и, вероятно, до сих пор), что большинство материнских плат имеют хороший старомодный кристалл 14,318 МГц и чип тактового генератора (PLL), который генерирует другие частоты шины, такие как 33 МГц (PCI), 48 МГц (USB) и промежуточная частота "FSB", например, 100 или 200 МГц оттуда. Затем процессор берет частоту FSB и умножает ее до диапазона ГГц с помощью другой встроенной микросхемы ФАПЧ, что позволяет избежать проблемы фактической передачи тактовой частоты ГГц на любое расстояние или прохождения через контакты ЦП :)
hobbs
1

Вам не нужен кристалл, чтобы колебаться, любой реактивный компонент, такой как конденсатор или индуктор, с усилителем может сделать работу. Фактически, кристалл эквивалентен R, L и C последовательно, все параллельно с C. Преимущество кристалла в том, что резонансная частота очень точна. Чтобы генерировать более высокие частоты, люди используют другие резонансные компоненты (например, индукторы и конденсаторы внутри микросхем) в своей схеме генератора.

В некоторых схемах генератора частота может варьироваться в зависимости от приложенного напряжения (ГУН). Они используются для точной генерации высоких частот путем деления выходной частоты и сравнения ее с точным источником низких частот, например кристаллом, с последующей корректировкой управляющего напряжения. PLL (контур с фазовой синхронизацией) является одним примером, который генерирует напряжение, пропорциональное разности фаз между разделенными высокочастотными часами и опорными часами.

patstew
источник