Apa yang menghasilkan sinyal jam dalam CPU yang cepat dan bagaimana cara kerjanya?

9

Seringkali, untuk sirkuit terpadu, kristal kuarsa digunakan untuk menghasilkan sinyal clock. Namun, ini hanya mencapai kecepatan dalam MHz. Komponen apa, atau sirkuit apa, yang menghasilkan sinyal hingga 5 GHz seperti pada prosesor komputer?

Bagaimana mungkin untuk meningkatkan kecepatan itu ketika Anda melakukan overclock pada PC (karena saya tidak berasumsi bahwa kristal mempercepat ketika Anda meletakkan tegangan yang lebih tinggi di atasnya, atau membuatnya lebih dingin)?

signal clock microprocessor crystal clock-speed Markinson
sumber
1
Mengapa Anda berasumsi bahwa kristal kuarsa hanya mencapai frekuensi hingga beberapa kilohertz? Saya memiliki kristal 27 MHz yang tergeletak di laci saya.
Bimpelrekkie
Anda benar @FakeMoustache, tapi maksud saya kristal 1 gigahertz ke atas.
Markinson
OK, saya telah melihat osilator kristal hingga 150 MHz, dalam praktiknya hingga 50 MHz digunakan. Frekuensi di atas yang dibuat menggunakan PLL sebagai Wouter menyebutkan. Saya mengerjakan produk tempat kami menggunakan PLL untuk mengonversi 25 MHz dalam 60 GHz!
Bimpelrekkie

Jawaban:

18

Sebenarnya osilator kristal dapat dengan mudah mencapai 10's MHz. Di atas itu dalam kebanyakan kasus, PLL (Phase Locked Loop) digunakan, yang merupakan osilator yang tidak terlalu akurat dalam dirinya sendiri, tetapi dapat disetel (frekuensinya dapat disesuaikan sedikit). Frekuensi osilator frekuensi tinggi ini dibagi oleh faktor yang sesuai (membagi sinyal dengan kekuatan 2 mudah dan benar-benar akurat), dan kemudian dibandingkan dengan katakanlah osilator 10 MHz. Perbandingan digunakan untuk mengatur osilator frekuensi tinggi. Jadi frekuensi tinggi dibuat dengan (hampir) keakuratan osilator kristal frekuensi rendah.

Dalam kebanyakan kasus, sirkuit untuk melakukan semua ini dibangun ke dalam chip prosesor, karena harus dikonfigurasi di bawah kendali perangkat lunak, dan merutekan sinyal frekuensi tinggi di antara chip adalah mimpi buruk.

Wouter van Ooijen
sumber
4
Memang benar 5 tahun yang lalu (dan mungkin masih hari ini) bahwa sebagian besar motherboard memiliki kristal 14,318MHz kuno yang baik, dan chip clock generator (PLL) yang menghasilkan frekuensi bus lain seperti 33MHz (PCI), 48MHz (USB), dan frekuensi menengah "FSB" seperti 100 atau 200 MHz dari sana. CPU kemudian mengambil frekuensi FSB dan melipatgandakannya ke rentang GHz dengan PLL on-chip lain, yang menghindari masalah pengangkutan clock GHz dari jarak jauh atau melalui pin CPU :)
hobbs
1

Anda tidak perlu kristal untuk berosilasi, komponen reaktif apa pun, seperti kapasitor atau induktor, dengan amplifier dapat melakukan pekerjaan itu. Faktanya, kristal setara dengan seri R, L dan C, semuanya paralel dengan C. Keuntungan kristal adalah bahwa frekuensi resonansi sangat tepat. Untuk menghasilkan frekuensi yang lebih tinggi, orang menggunakan komponen resonansi lainnya (mis. Induktor dan kapasitor di dalam chip) dalam rangkaian osilator mereka.

Dengan beberapa rangkaian osilator frekuensi dapat bervariasi dengan tegangan yang diberikan (VCO). Ini digunakan untuk menghasilkan frekuensi tinggi secara akurat, dengan membagi frekuensi output dan membandingkannya dengan sumber frekuensi rendah yang akurat seperti kristal kemudian menyesuaikan tegangan kontrol dengan tepat. PLL (fase terkunci loop) adalah salah satu contoh, yang menghasilkan tegangan sebanding dengan perbedaan fase antara jam frekuensi tinggi yang dibagi dan jam referensi.

patstew
sumber