Laut Wikipedia:
Viele Uhren verwenden einen 32,768-kHz-Kristall. Liegt das daran, dass der Kristall kleiner als ein 1-Hz-Kristall ist?
Wenn 1,0 Hz == 1,0 Sekunden. Warum dann die Notwendigkeit der Teilung?
oscillator
clock
crystal
JohnnyStarr
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Antworten:
Der Hauptgrund ist, dass ein 1-Hz-Kristall physikalisch sehr groß sein müsste. Ein Kristall ist ein Stück Quarz, das bei der spezifischen Frequenz mechanisch vibriert. Da Quarts einen ziemlich starken piezoelektrischen Effekt aufweisen, verursachen diese Vibrationen auch elektrische Signale und umgekehrt.
Es war vor nicht allzu langer Zeit ein ziemlicher Durchbruch, einen physikalisch kleinen Kristall auf eine Resonanzfrequenz von 33 kHz zu bringen. Der Trick besteht darin, den Quarz wie eine Stimmgabel zu formen. Dies ermöglicht viel langsamere Schwingungen als ein fester Quarzblock derselben Größe. Eine Erweiterung um weitere 3½ Größenordnungen wird den Kristall jedoch viel größer machen.
Es ist schwer vorstellbar, welchen Nutzen ein 1-Hz-Kristall haben würde, wenn man bedenkt, wie billig und einfach es ist, mit einer schnelleren Frequenz zu beginnen und dann mit einem Zähler zu teilen. 33 kHz sind bereits so langsam, dass Sie keine signifikanten Energieeinsparungen erzielen, wenn Sie die Logik langsamer ausführen. Tatsächlich würde das Filtern der Harmonischen aus einer 1-Hz-Rechteckwelle und das Bereitstellen des Antriebs für die Größe des Kristalls, die erforderlich wäre, um diese Frequenz zu erzeugen, erheblich mehr Leistung erfordern. Es macht einfach keinen Sinn. Anders ausgedrückt, ein 33-kHz-Kristall mit seiner Ansteuerschaltung und einem digitalen Zähler ist kleiner, billiger und benötigt weniger Strom als ein 1-Hz-Kristall mit der erforderlichen Ansteuerschaltung.
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Abgesehen von den praktischen Aspekten der Herstellung eines 1-Hz-Kristalls wird jeder Kristall einen gewissen Grad an Jitter aufweisen. Wenn Sie einen 1-Hz-Kristall haben, um 1-Sekunden-Ticks zu erzeugen, manifestiert sich jedes Bit dieses Jitters als Fehler in Ihrer Uhr. Wenn Sie mit einer höheren Frequenz beginnen und nach unten teilen, wird dieser Fehler minimiert.
Zum Beispiel würde ein 1-Hz-Kristall mit 1% Jitter 1 Sek. +/- 1% Ticks ergeben. Ein 1-kHz-Takt mit 1% Jitter, der drei durch 10 Chips dividiert, ergibt 1 Sek. +/- 0,001% Ticks.
BEARBEITEN: http://www.silabs.com/Support%20Documents/TechnicalDocs/Clock-Division-WP.pdf zeigt eine großartige Diskussion dazu. Betrachten Sie insbesondere die Reduzierung des Phasenrauschens mit zunehmender Teilung in Abbildung 6 und die folgende Tabelle, in der der zeitlich ausgedrückte Jitter als konstant dargestellt ist.
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Der größte Teil der "Körperlichkeit" des Lebens wird einen 32k xtal nicht beeinflussen. Wir leben physisch im niedrigen Zehn-Hz-Maximum (außer beim Hören) und ein 1-Hz-Xtal wird für ein paar Resonanzstöße hereinkommen. Angesichts der Tatsache, dass es fast eine Viertelmeile lang ist (laut Brian Drummond), ist das Argument für mich erledigt.
OK, vielleicht können Fledermäuse ein 32k xtal stören?
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Es gibt auch das Problem mit der Drift aufgrund von Umweltproblemen. Aus dem Wiki:
In der Praxis bedeutet ein 1-Hz-Kristall, dass die geringste Temperaturänderung dazu führt, dass die Uhr anstelle von Nanosekunden um Minuten pro Tag schnell oder langsam ist. Über ein Jahr würde dies es zu einer der ungenauesten Uhren aller Zeiten machen, ohne tägliche Anpassung.
Und das ist nur Temperatur. Druck (und Höhe), Feuchtigkeit und Vibration spielen ebenfalls eine Rolle. Wenn sich der Kristall nicht in einer vollständig kontrollierten Umgebung befindet, ist er für den alltäglichen Gebrauch einfach unpraktisch.
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Es gibt 1-Hz-Oszillatoren, nur diese werden mit MEMS-Technologie (Tschüss-Quarz) hergestellt.
http://www.sitime.com/products/32-khz-oscillators/sit1544
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Factory programmed between 1 and 32.768 kHz in powers of 2
. Es gibt nur ein paar Toggle-Flip-Flops, die durch 2 geteilt werden müssen.