Principi di pruggettazzioni e cunsidirazzioni di silizzioni pi Friquenzi Frazziunali nta l'Oscillatura di Cristallu
Nnâ pruggettazzioni di sistemi di clock hardware, li ncigneri spissu ncòntranu na classi di friquenzi di oscillatura di cristallu apparentimenti "irregulari", comu 11,0592 MHz, 3,579545 MHz e 19,6608 MHz. Sti friquenzi cu cumpunenti dicimali nun su' scigghiuti arbitrariamenti, ma su' lu risurtatu inevitabbili di cunzidirazziuna di pruggettazzioni basati ncapu a prutucoli di cumunicazzioni, vìnculi di divisiuni di friquenza-, e riquisiti nversi a liveḍḍu di sistema-. Accuminciannu dî principi funnamintali, stu artìculu analizza la lòggica arreri la ginirazzioni di friquenzi frazziunali e duna mètudi di screening pràtici pâ silizzioni dî cumpunenti.
- La lòggica dû pruggettu funnamintali dî punti di friquenza frazziunali
Comu funti di ruloggiu dû sistema, la silizzioni di friquenza di l’uncillaturi di cristallu è sempri suddisfata pi suddisfari li riquisiti di tempu pricisi di circuiti diggitali a valli (comu PLL, divisura e cumunicazzioni siriali). La cumparsa di punta di friquenza frazziunali veni principalmenti dî quattru tipi di vìnculi di pruggettazzioni:
1.Adattamentu â divisiuni dî nteri UART pi assicurari l'erruri-Tassi di Baud Siriali Libbiri
U baud rate seriali eni dìrivatu da lu rulòggiu dû sistema tramiti a divisioni ntera, secunnu a seguenti formula: Baud rate=Friquenza dû ruloggiu / Fatturi di divisioni
Pi ginirari accuratamenti i tassi di baud standard (comu 9600, 19200 o 115200 bps), a friquenza dû clock àvi a essìri divisibbili dû divisuri senza nu restu. Pigghiannu 1,8432 MHz comu esempiu, doppu na divisiuni di supracampiunamentu 16 voti:
1,8432 MHz ÷ 16=115.2 kHz, ca equivali a 115200 bps.
 stissa manera, 11,0592 MHz e 19,6608 MHz su' 6 voti e 10,666... voti 1,8432 MHz, rispittivamenti ('n rialtà, 11.0592=1.8432 × 6, {{7}s} comu friquenza pi usarili MCU × 10,666... abbisogna di un PLL), ma è cchiù cumuni lu cuntrullaturi 51 micru-, pirmittennu ô divisuri UART nternu di ginirari tutti li tassi di baud standard attraversu la divisiuni. Si veni scigghiuta na friquenza ntera di 20 MHz, nun po èssiri divisa uniformimenti pi 115.200, purtannu a n'erruri cumulativu e pruvucannu erruri di quatri o pèrdita di pachetti.
2.Lu supportu pi n'architittura di divisiuni di friquenza binaria-simplifica la pruggettazzioni di l'arvuru di ruloggiu
Friquenzi comu 20,48 MHz, 10,24 MHz e 5,12 MHz ponnu essìri tutti espressi comu 2n × 10 kHz (p’asempiu, 20,48 MHz=2048 × 10 kHz). Doppu la cascata di sti friquenzi attraversu na divisiuni di friquenza binaria, si ponnu ginirari dumini di ruloggiu sutta- comu 10,24 MHz, 5,12 MHz, 2,56 MHz, 1,28 MHz e accussì discurrennu. Stu approcciu è adattu pi mprimintari la divisiuni di friquenza usannu cuntatura binari o riggistratura di spustamentu, purtannu a na struttura di circùitu sìmplici cu rilazzioni di fasi difinuti e margini di tempu custanti ntra li vari ruloggi divisi a friquenza. Sti friquenzi su’ usati di sòlitu comu friquenzi di basi nne DSP, PLC e servu-unità nnustriali.
3.Sintitizzatu tramiti PLL pi suddisfari li standard di cumunicazzioni a granni vilucità e audiu/video
Li SoC muderni, mòduli ottici e prucissura vìdiu nchiùjinu PLL, ca di sòlitu ùsanu friquenzi nteri standard (comu 25 MHz o 24 MHz) comu rifirimentu e poi gèniranu friquenzi nun standard cu divisiuni nteri o murtiplicazzioni, o divisiuni frazziunali. Esempi tìpici sunnu:
74,25 MHz: lu ruloggiu di campiunamentu vìdiu a àuta difinizzioni difinutu dû standard SMPTE, usatu pi furmati comu 1080i e 720p;
33,1776 MHz: cumunimenti attruvatu nne còdici audiu e nne fronti- RF a banda larga; quannu veni usatu cu nu PLL, po ginirari pricisamenti li famigghi di tassu di campiunamentu audiu di 44,1 kHz o 48 kHz;
25.000625 MHz: certi PHY Ethernet ùsanu un ruloggiu di 25 MHz cu un PLL frazziunali pi ginirari na friquenza di dati siriali pricisa di 125 MHz pi sustiniri na friquenza di linia di 1 Gbps (nota ca li mùrtipli nteri di 25 MHz su' usati di sòlitu 'n pràtica; chistu è furnitu sulu pi illustrazzioni).
Si avissi a nutari ca la divisiuni di friquenza frazziunali ntroduci jitter ditirministici e signali spuriusi. Pi applicazzioni sinsìbbili ô scrùsciu di fasi, la priurità s’àvi a dari ê friquenzi di mira ca si ponnu uttèniri direttamenti câ divisiuni di friquenzi nteri, o a l’usu di PLL a scrùsciu vasciu-cu larghizzi di banda di ciclu cunfigurati ‘n manera apprupriata.
4.Adirenza a li protocolli storici dâ nnustria e a li cunsidirazzioni EMC
Protocolli stòrici: USB 2.0 spicìfica nu ruloggiu a vilucità auta-a 48 MHz; Li MAC Ethernet ùsanu 25 MHz o 125 MHz; e li ruloggi di tempu riali (RTC) òpranu a 32,768 kHz (215 Hz). Sti friquenzi foru fissati quannu li standard foru stabbiliti e di tannu foru aduttati pi tutta la catina nnustriali, addivintannu standard di fattu.
Cumpatibbilità elittrumagnètica (EMC): l’armònichi di òrdini cchiù àutu di friquenzi nteri ponnu suvrapponirisi cu l’alimentazzioni, RF o banni di cumunicazzioni senza fila, ntruducennu ntirfirenza. Scegghiri na friquenza di l’uncillaturi cu un cumpunenti frazziunali po disperdiri o spustari l’enirgìa armònica, arridducennu accussì li rìsichi EMI e abbassannu li costi di filtraggiu e schermu.
- Autri fattura chiavi ntà silizzioni di l'oscillaturi di cristallu
Ortri ô valuri di friquenza, li siguenti fatturi ncigniristici sunnu puru mpurtanti pâ silizziuni:
Rumoru di fasi e jitter
Puru si li PLL ponnu sintitizzari ogni friquenza, la divisiuni di friquenza frazziunali digrada assai lu scrùsciu di fasi vicinu a -fini e lu jitter casuali. Pi applicazzioni comu moduli ottici a vilucità auta, radar a unni millimitri o fronthaul 5G, si cunzigghia di scègghiri direttamenti uscillatura di cristalli cu friquenzi nativi ca suddisfanu li spicificazzioni di scrùsciu di fasi pi scanzàrisi cchiù tardu margini di ntigrità dû signali nun sufficienti.
Tempu di pruduzzioni e costu
Li friquenzi nun -standard o pirsunalizzati di sòlitu ànnu bisognu di tempi di pruduzzioni longhi e custi ncignirìstici auti. Nna limiti di rinnimentu accittàbbili, la priurità s’avissi a dari ê friquenzi standard dâ nnustria (comu li friquenzi nteri cumuni comu 25 MHz, 27 MHz, 40 MHz e 50 MHz, accussì comu li friquenzi frazziunali standard citati nna stu artìculu) pi accurzari li costi di cuntrollu e R&S.
Cumpatibbilità cu li sustituti dumestici
Attualmenti, li pruduttura di l’uscillatura di cristalli di quartzu cummigghianu la majurìa dî friquenzi standard nteri e frazziunali usati di sòlitu. Quannu si scegghi nu dispusitivu, cuncintràrisi ncapu la stabbilità di l’alimentazzioni, li carattirìstichi di timpiratura (comu ±10 ppm e ±20 ppm) e li paràmitri di capacità di càrricu pi assicurari la cumpatibbilità chî riquisiti di nput dû ruloggiu dû chip dû cuntrullaturi òspiti.
- Raccumannati di silizzioni pràtica
Primu,ditirminari li vìnculi dû ruloggiu dû sistema: Elenca li friquenzi pricisi dû ruloggiu nicissari pi tutti li pirifirìi (UART, I2S, SPI, Ethernet, USB, Vìdiu) e li so màrgini d'erruri ammissibbili.
Dirivari la friquenza funnamintali di l'uscillaturi di cristallu ô cuntrariu:Si lu micrucuntrullaturi àvi un PLL ncorpuratu-, scegghi n'uscillaturi di cristallu di rifirimentu capaci di ginirari friquenzi di mira cu prupurzioni di divisiuni frazziunali nteri o vasci-. Dàri priurità a friquenzi cu nu rapportu di divisioni 'nfiriuri a 100 e nu dinuminaturi ca è na putenza di 2.
Verificari l'erruri di divisioni: Carculari si l’erruri di divisiuni è cchiù nicu dâ diviazzioni massima dâ friquenza di baud/tassu di campiunamentu cunsentita dî piriferichi (di sòlitu < ±2%).
Valutari lu rìsicu EMI:Eseguiri n'anàlisi spettrali di l'armònichi a àuta -friquenza; si è nicissariu, scegghi un puntu di friquenza ca si divia di l'armònichi di l'ùrdini nteru-.
Cunsidirari la dispunibbilità e lu costu: mentri suddisfa li riquisiti di rinnimentu, scègghiri nu mudeḍḍu cu n'ampia dispunibbilità ntô mircatu e nu tipu di pacchettu (pi diri, HC-49S, SMD 3,2 × 2,5 mm) ca suddisfa li riquisiti di pruduzzioni.