XTAL1 및 XTAL2의 신호가 사인파 (사각형 아님) 인 이유는 무엇입니까?

프로세서에 크리스탈 공급 XTAL1 및 XTAL2를 기본 구현했습니다 (아래와 유사). XTAL1 및 XTAL2의 신호를 보면 사인파입니다.

그것들은 구형파가되어서는 안됩니까?

이 회로는 디지털 회로가 아닙니다. 실제로, 자체 지속 가능한 발진 모드로 자동 이득 제어 기능이있는 상당히 수학적으로 복잡한 비선형 아날로그 회로입니다. " 피어스 오실레이터 "라고합니다.

진동 주파수는 전자 기계 공진기 (크리스탈)의 급격한 기울기로 정의되며, 게인 제어는 DC 바이어스 전압의 입력에 따라 달라집니다 (DC 바이어스 (C1)가 접지에 너무 낮거나 너무 낮은 경우) V _cc에 가까우 면 이득이 낮습니다. 선형 게인은 접지와 파워 레일 사이에서 가장 높습니다.

(보통 내부) 바이어스 저항 R1은 발진기에서 매우 중요한 역할을합니다. CMOS 구현에서 일반적인 값은 약 1 MOhm입니다. C1과 함께 저역 통과 필터를 형성하여 출력을 통합하고 출력이 포화 상태에 도달하더라도 (레일 제한) 출력 신호의 비대칭성에 따라 가변 DC 오프셋을 제공합니다.

결과적으로, 크리스탈 공진기 및 부하 커패시터의 인버터의 원시 이득 및 파라미터에 따라 Xout 및 Xin에서 다소 비선형 왜곡이 발생하는 다양한 신호 형태가있을 수 있습니다. 게인이 매우 낮고 자체 발진 직전에서는 신호가 거의 정현파 인 반면, 게인이 높을수록 출력이 전압 레일에 닿아 거의 직사각형이 될 수 있습니다. 피어스 발진기를 만드는 기술은 온도와 전압 변화에 대한 전체 회로의 안정성이 우수한 직사각형 출력과 정현파 간의 절충점을 제공하는 것입니다.

이 기사 는 수정이 아닌 MEMS 공진기를 다루지 만 아이디어는 동일합니다. 이것은 회로가 시작되고 정상 상태로 드리프트하는 방법의 예입니다.

수정 (+ C1 / C2)은 매우 좁은 대역폭 공진기 / 필터입니다. 기본 주파수 만 통과 할 수 있습니다.

사인파는 순수한 단일 주파수이므로 사인파입니다.

사인파가 정사각형이 될 때까지 혹을 채우는 모든 홀수 고조파에 의해 구형파가 정사각형으로 만들어집니다. 고조파 없음 = 제곱 아님

[참고로 결정체에는 실제로는 오버톤 (overtones ) 이라고 불리는 "고조파 (harmonics)"가 있지만, 서로 약간 주파수 가 떨어져 있기 때문에 기본의 고조파는 3 번째 오버톤 등에 크게 영향을 미치지 않습니다.]

또 다른 견해는 수정이 도로를 굴리는 자전거의 바퀴와 같다는 것입니다. 그것을 운전하는 CMOS 인버터는 발과 다리와 같습니다. 이제 페달을 밟아서 원하는 경우 움직임을 사각 파로 만들 수 있습니다. 그러나 플라이휠 효과가 너무 커서 페달이 부드럽게 둥글게 진행됩니다. 크리스탈은 매끄럽고 정현파로 굴러가는 거대한 플라이휠과 같습니다.

크리스탈은 실제로 무거운 플라이휠과 같습니다. 드라이브를 갑자기 분리하면 신호가 사라질 때까지 수천 사이클이 걸립니다. 발진기를 켜면 시작하는 데 수천 사이클이 걸리고 천천히 진폭이 쌓입니다. 프로세서에 "오실레이터 시작 타이머"가있는 이유

결정은 전기 에너지를 기계 에너지로 또는 그 반대로 변환합니다. 특정 주파수의 정현파로 구동 할 때이를 효율적으로 수행 할 수 있습니다. 다른 것으로 구동하면 적용되는 에너지의 많은 부분이 열 또는 기계적 열화로 변환됩니다.

프로세서가 크리스털에 구형파를 출력하는 것이 가능할 수 있지만, 이는 사인 파형에 가까운 무언가로 크리스털을 구동하는 것보다 크리스털이 더 많은 열을 생성하고 더 많은 스트레스를 받게됩니다. 또한, 핀의 목적이 수정 발진기의 출력으로 사용되는 경우, 핀의 전압을 즉시 변화시키기에 충분히 강하지 않은 작은 트랜지스터는 충분히 강력한 트랜지스터에 비해 상당히 저렴할 수 있습니다. 사각 파를 강제로 운전하십시오.

우연히도 대부분의 경우 프로세서는 크리스탈에 많은 전력을 공급하지 않으며 정현파 모양은 프로세서에서 크리스탈로 흐르는 에너지가 아니라 반복적으로 흐르는 에너지에 의해 지배됩니다. 부착 된 캡에 수정을 다시 넣습니다.

신호는 사인파이지만 핀에는 임계 전압이 있습니다. 이 임계 값 아래에서는 0이되고,이 임계 값 아래에서는 1이 표시됩니다. 이는 일반적으로 내부 회로의 결과입니다.

임계 값보다 높으면 핀에 1이 등록됩니다. 핀은 사인파의 피크 동안 '1'의 전압이 변경되는 경우에도 3.31에서 3.35V로 규칙적으로 작동 할 수있는 전압 범위를 갖습니다. 원하는 방식으로 작동합니다.

따라서 실제 전압이 조금씩 다를지라도 핀은 0으로 기능에서 1로 기능합니다. 물론, 너무 많은 전압은 예상치 못한 방식으로 작동하기 시작하여 일반적으로 칩을 손상시킵니다.

크리스털은 180도 위상 편이를 갖는 매우 높은 Q 협 대역 통과 필터로 사용되며 인버터는 로직 레벨 구형파의 포화로 인버터를 강제로 진동시킵니다.

따라서 구형파의 모든 고조파를 필터링하여 인버터 입력을 사인파로 만듭니다.

즉, 사인파, 유한 데 쉽게 내부 회로에 약간의 잡음 플로어와 함께 경사를 계산 DOES 예측 위상 잡음 또는 시간 지터 원인 공진기 신호 정사각형.

공식을 사용하십시오

T _지터 = V _노이즈 / SlewRate

이 클럭 소스의 타이밍 이탈을 예측합니다.

다른 회로는 지터를 더 추가 할뿐입니다. 같은 공식을 사용하십시오.

사인-제곱 회로에 10kohm Rnoise가 있다고 가정하십시오. 이것은 12 나노 볼트 / rtHz 열 랜덤 / 존슨 / 볼츠만 노이즈 밀도입니다. 대역폭이 100 MHz 인 경우 총 입력 잡음 전압은 12 nV * sqrt (100 MHz) = 12 nV * 10 ^ 4 = 120 마이크로 볼트 RMS입니다.

수정 주파수가 + 1V 피크 사인 진폭을 갖는 10MHz라고 가정합니다. 슬 루율은 1V * 6.28 * 10MHz = 63 볼트 / µs입니다.

에지 지터 란 무엇입니까? T _j = V _노이즈 / SlewRate

T의 _J = 120 마이크로 볼트 / (63 볼트 / μS)가 2 피코를 =.