тактовый генератор

Тактовый генератор (ТГ) представляет собой микросхему, вырабатывающую непрерывный синхронизированный электрический сигнал для самых разных устройств. Поскольку для многих высокопроизводительных электронных приборов требуется, чтобы электрические импульсы и механические устройства работали вместе эффективно, такие генераторы часто являются необходимым компонентом гармоничной работы.

Особенности, типы, принцип работы

Как мы знаем, многим цифровым схемам требуется тактовый сигнал, который представляет собой периодическую прямоугольную волну с контролируемой частотой. Для этого и служит ТГ.

Существует два типа ТГ: фиксированный и программируемый (или переменный). Фиксированный генератор будет производить тактовый сигнал на постоянной частоте. Программируемый генератор вырабатывает тактовые импульсы на различных входных и выходных частотах.

ТГ обычно изготавливаются из кварцевой или керамической пьезоэлектрической платы, которая включает в себя генератор и усилитель. 

Поскольку пьезоэлектрический материал реагирует на изменения давления, осциллятор создает постоянную волну, которая повторяется, например, прямоугольную, для синхронизации внешних событий. Усилитель принимает и инвертирует этот сигнал, передает его на выход и возвращает часть сигнала обратно в генератор.

Генератор тактовых импульсов необходим для процессоров, периферийных устройств, межсоединений и других системных элементов. Несколько системных типов фазовой автоподстройки частоты (PLL) генерируют высокочастотные сигналы, которые используются в качестве источников для нескольких десятков ТГ. 

Три базовые архитектуры ТГ следующие:

1. ТГ с одним делителем и двумя тактовыми импульсами.
2. ТГ с двумя делителями.
3. ТГ с одним делителем.

Модели программирования для этих системных и периферийных устройств аналогичны. Некоторые из основных генераторов тактовых импульсов имеют несколько тактовых импульсов, позволяющих управлять подэлементами подсистемы.

Сферы применения

Генераторы импульсов используются в компьютерах для управления картами памяти, периферийными устройствами, ЦП, портами и т. д. 

Они также используются в телекоммуникационных системах, цифровых коммутационных системах и многих механических устройствах.

Существует множество примеров применения ТГ:

• Беспроводная базовая станция для LTE;
• Пикосоты, фемтосоты и малые соты;
• Такты дискретизации для АЦП и ЦАП;
• 1 Гбит/с и 10 Гбит/с Ethernet;
• FPGA и часы процессора;
• Линейные карты, используемые в телефонной станции;
• Оптоволоконный канал;
• Экспресс-карты PCI.

Самыми известными мировыми производителями и поставщиками ТГ являются компании Integrated Device Technology, Renesas, ON semiconductor, Texas Instruments, Silicon Labs и Analog Devices.

Преимущества

Генератор тактовой частоты позволяет механическим устройствам оставаться синхронизированными с их цифровыми аналогами. 

Многие программируемые ТГ можно модифицировать для изменения производимого ими сигнала, что позволяет пользователям изменять скорость, с которой механические и цифровые устройства выполняют задачи. 

Тактовые генераторы обычно небольшие, легкие и недорогие в производстве, что позволяет размещать их во все более компактных электронных устройствах, таких как ноутбуки, планшеты и смартфоны.