Mengapa kita menggunakan kristal 32,768 kHz di sebagian besar sirkuit?

45

Mengapa kita menggunakan kristal 32,768 kHz di sebagian besar sirkuit, misalnya di sirkuit RTC? Apa yang akan terjadi jika saya menggunakan kristal 35 atau 25 kHz?

Saya berasumsi karena IC internal Xin, sirkuit pin Xout harus dalam teknologi CMOS / TTL / NMOS. Benarkah itu?

oscillator crystal ramesh6663
sumber
9
Dan jika Anda membagi dua frekuensinya 15 kali?
Ignacio Vazquez-Abrams
1
@ FEB1115: Maksudnya (dengan asumsi), apa yang Anda dapatkan jika Anda mengalikan 2 sebanyak 15 kali?
WedaPashi
3
@ FEB1115 Saya pikir Ignacio Vazquez-Abrams mengisyaratkan fakta bahwa 215=32768
K. Rmth
2
Bit OT ... Frekuensi lain yang populer untuk kristal adalah 4,43MHz (atau ada sekitar). Komputer mikro rumah awal sering menggunakan ini. Itu karena kristal dengan frekuensi ini digunakan untuk mendeteksi sinyal warna di TV warna CRT, sehingga mereka diproduksi dalam jumlah besar (setiap TV warna memerlukan satu), dan karenanya sangat murah (perhatian untuk komputer rumahan awal). (Mungkin AS dan Eropa menggunakan dua frekuensi berbeda untuk warna, tetapi keduanya berada dalam kisaran 4 hingga 5MHz.)
Baard Kopperud
1
@BaardKopperud NTSC (sebelumnya digunakan di Amerika Utara dan Jepang dan beberapa negara lain) menggunakan frekuensi warna burst kristal 3,579545 MHz, itulah sebabnya ada sejumlah chip, termasuk chip NS 1pps, yang menggunakan kristal frekuensi itu.
Spehro Pefhany

Jawaban:

58

Frekuensi jam waktu nyata bervariasi dengan aplikasi. Frekuensi 32768 Hz (32,768 KHz) umumnya digunakan, karena itu adalah kekuatan 2 (2 15 ) nilai. Dan, Anda bisa mendapatkan periode 1 detik yang tepat (frekuensi 1 Hz) dengan menggunakan penghitung biner 15 tahap.

Secara praktis, di sebagian besar aplikasi, terutama digital, konsumsi saat ini harus serendah mungkin untuk menghemat masa pakai baterai. Jadi, frekuensi ini dipilih sebagai kompromi terbaik antara frekuensi rendah dan manufaktur yang nyaman dengan ketersediaan pasar dan real estat dalam hal dimensi fisik saat merancang papan, di mana frekuensi rendah umumnya berarti kuarsa secara fisik lebih besar.

WedaPashi
sumber
satu lagi keraguan jika beberapa prosesor sebagian besar menggunakan 27Mhz, itu berarti karena frekuensi input PLL memerlukan 27mhz untuk menghasilkan semua frekuensi lain Apakah saya benar?
ramesh6663
@ FEB1115: Saya ragu apakah saya telah memahami pertanyaan Anda dengan rapi, tetapi dari apa yang dapat saya pahami, saya katakan, banyak prosesor memiliki osilator internal dan setelah itu distabilkan, osilator kerak eksternal digunakan dengan konfigurasi pengganda yang diperlukan dan / atau pembagi untuk mendapatkan frekuensi yang diinginkan khas. Nilai pengganda dan / atau pembagi ini digunakan oleh PLL untuk menghasilkan frekuensi minat dan kebutuhan Anda.
WedaPashi
1
Jika Anda ingin tahu mengapa prosesor menggunakan frekuensi "aneh", periksa untuk melihat apakah harus berurusan dengan sinyal pada kelipatan frekuensi itu. 27Mhz berguna untuk melakukan video analog PAL & NTSC.
joeforker
Apakah yang Anda maksud $ 32.768 $ kilohertz, bukan hertz? (Banyak pembaca SE tinggal di negara-negara di mana koma adalah pemisah desimal.)
Ruslan
@Ruslan: Ya, titik valid. Saya hanya bermaksud 2 pangkat 15 = 32.768 Hz atau 32.768 KHz.
WedaPashi
23

Angka 32768 adalah kekuatan 2, yaitu 2 ^ 15. Jika Anda memiliki frekuensi clock 32.768kHz, mudah untuk membaginya menjadi frekuensi 1Hz menggunakan pembagi frekuensi biner, alias penghitung biner, yaitu rantai flip-flop.

Memiliki frekuensi 1Hz berarti Anda memiliki sinyal clock yang memberikan resolusi waktu 1s: hitung detik dengan penghitung, lakukan perhitungan dan Anda memiliki Real-Time Clock (RTC).

Lorenzo Donati mendukung Monica
sumber
terima kasih atas jawaban cepat Anda, jadi apakah kami memerlukan penghitung 16bit? bisakah Anda membantu saya memberikan tautan lengkap apa pun untuk mempelajari pemahaman saya sendiri atau menjelaskannya di sini.
ramesh6663
Saya pikir Anda dapat menggunakan penghitung 16bit dan hanya menggunakan output digit paling signifikan sebagai output sinyal clock
tangrs
Atau Anda bisa membagi 32768 dengan 2 ^ 15 yang dapat dilakukan dengan menempatkan 15 sirkuit divide-by-2 secara seri. Lihat contoh pembagian-oleh-2 artikel ini: electronics-tutorials.ws/counter/count_1.html Skema pertama dari atas!
Bimpelrekkie
Saya menemukan itu menarik bahwa bahkan perangkat dengan pembacaan 1/100 detik umumnya masih menggunakan kristal 32.768Hz dan menabrak hitungan 25 kali setiap 8192 pulsa, daripada menggunakan kristal 32.000Hz dan membaginya dengan 64, lalu 5, dan kemudian sepuluh dua kali.
supercat
1
@supercat: Untuk membagi dengan angka berapa pun yang bukan kekuatan 2 seperti 5 atau 10 (atau 20), Anda memerlukan sirkuit bagi (atau ALU atau CPU). Untuk membagi secara ketat dengan kekuatan 2 yang Anda butuhkan adalah D flip-flop (atau beberapa rangkaian bertingkat: sirkuit yang lebih dikenal sebagai penghitung)
slebetman
14

Ini terutama karena biaya. Kristal khusus ini sangat murah karena industri arloji. Jawaban ini memberikan lebih banyak detail, inilah kutipannya:

Ada 1,2 miliar arloji yang terjual setiap tahun. Sebagian besar dari mereka adalah jam tangan digital murah, membutuhkan kristal 32kHz yang kecil. ...

Akibatnya, kristal-kristal ini sangat murah ... [Kristal lainnya] berharga 10 hingga 100 kali lebih banyak daripada kristal arloji murah ini.

Selanjutnya, kristal-kristal ini dioptimalkan dengan baik untuk daya rendah. Jam waktu nyata diharapkan menjalankan osilator seperti itu selama 10 tahun pada sel tipe CR2032. Untuk mendapatkan frekuensi rendah, daya rendah, kristal kecil di frekuensi lain, Anda melihat peningkatan substansial dalam biaya.

Dalam volume rendah kristal-kristal ini masih lebih murah daripada yang normal atau daya tinggi kristal 25kHz atau 56kHz, tetapi biaya perbedaannya tidak besar sampai Anda masuk ke manufaktur volume tinggi.

Pilih apa yang Anda butuhkan, tetapi jika Anda akan menghasilkan produk volume tinggi dan dapat menyesuaikan desain Anda untuk bekerja dengan kristal 32kHz, maka ada insentif keuangan yang cukup besar untuk melakukannya.

Adam Davis
sumber
Apakah Anda pikir tingkat 31,25 kHz untuk MIDI (berdasarkan pembagian jam 1 MHz umum) adalah kesalahan? Haruskah MIDI menggunakan 32.768?
Kaz
@ Kaaz Sebagian besar mesin midi akan membutuhkan jam yang lebih cepat. 1MHz dan kelipatannya murah dan mudah diperoleh. Saya tidak berpikir ada alasan untuk menggunakan timebase 32.768 kHz di midi - bahkan volumenya rendah, jadi tidak akan ada penghematan biaya besar.
Adam Davis
1
@ Ka: Beberapa desain UART mensyaratkan bahwa baud rate clock harus sinkron dengan cock CPU utama dan kelipatan 16x baud rate yang diinginkan. Ketika MIDI diperkenalkan, sudah umum bagi komputer untuk menggunakan jam yang berasal dari kelipatan 1.0Mhz atau 3.579545Mhz. Bagi mantan dengan 2 dan 16 untuk mendapatkan 31250 dengan tepat. Bagilah yang terakhir dengan 7 dan 16 untuk mendapatkan 31960Hz, yaitu sekitar 2,2% cepat. Mungkin lebih baik untuk menentukan tingkat MIDI sebagai sesuatu seperti 31605Hz +/- 1,2%, untuk memperjelas bahwa setiap perangkat MIDI harus menerima input pada tingkat mana pun.
supercat
@ Ka: Jika UART membutuhkan jam 16x, kecepatan yang lebih cepat berikutnya dari kristal colorburst adalah 37287Hz, dan kecepatan lebih cepat berikutnya dari basis waktu 4.0Mhz adalah 35714 dan 41667Hz, yang secara substansial di kedua sisi itu . Tingkat 31250Hz mungkin yang terbaik jika sistem harus dapat menurunkannya dari kelipatan 1,0Mhz atau 3,579545Mhz (BTW, PAL akan menggunakan 4,433619MHz; membaginya dengan 9 dan 16 menghasilkan 30789, yaitu sekitar 1,5 % lambat; mungkin 31250 dipilih sebagai kompromi antara PAL dan NTSC)?
supercat
2

Anda dapat menggunakan frekuensi apa pun yang Anda inginkan - asalkan sirkuit Anda dirancang untuk itu.

Dengan chip CMOS, frekuensi terkait dengan konsumsi daya. Jadi jam 25KHz akan mengkonsumsi daya lebih kecil dari jam 32.768 KHz. 35 KHz clocking akan menghabiskan lebih banyak daya. Anda harus melakukan perhitungan untuk menentukan clocking minimum / maksimum yang tepat, dikoordinasikan dengan chip aktual yang Anda pilih.

Ada tradeoff antara kecepatan clock, konsumsi daya, dan jumlah pekerjaan yang bisa Anda lakukan per siklus clock. Ini bervariasi dari sirkuit ke sirkuit.

RTC sebagai kelas, sangat peduli dengan konsumsi daya saat daya utama mati - dan Anda menggunakan baterai sel koin cadangan, tetapi juga masih perlu jam yang cukup akurat juga - dalam beberapa detik per bulan khas.

L Brielmaier
sumber