¿Por qué utilizamos cristales de 32.768 kHz en la mayoría de los circuitos?

45

¿Por qué utilizamos cristales de 32.768 kHz en la mayoría de los circuitos, por ejemplo en circuitos RTC? ¿Qué pasará si uso un cristal de 35 o 25 kHz?

Supongo que porque el circuito interno de pin Xin, Xout de IC debe estar en tecnología CMOS / TTL / NMOS. ¿Es eso cierto?

oscillator crystal ramesh6663
fuente
99
¿Y si reduce la frecuencia a la mitad 15 veces?
Ignacio Vazquez-Abrams
1
@ FEB1115: Él (suponiendo) quería decir, ¿qué obtienes si multiplicas 2 por 15 veces?
WedaPashi
3
@ FEB1115 Creo que Ignacio Vázquez-Abrams está insinuando el hecho de que 215=32768
K. Rmth
2
Bit OT ... Otra frecuencia popular para los cristales fue 4,43 MHz (o más o menos). Las primeras microcomputadoras domésticas a menudo usaban esto. Esto se debe a que los cristales con esta frecuencia se usaron para detectar las señales de color en los televisores de color CRT, por lo que se produjeron en grandes cantidades (cada televisor a color necesitaba uno) y, por lo tanto, muy baratos (una preocupación para las primeras computadoras domésticas). (Es posible que EE. UU. Y Europa usen dos frecuencias diferentes para el color, pero ambos estarían en el rango de 4 a 5MHz.)
Baard Kopperud
1
@BaardKopperud NTSC (utilizado anteriormente en América del Norte y Japón y algunos otros países) utilizó una frecuencia de cristal de explosión de color de 3.579545 MHz, por lo que había una serie de chips, incluido un chip NS 1pps, que utilizaban cristales de esa frecuencia.
Spehro Pefhany

Respuestas:

58

La frecuencia de un reloj en tiempo real varía según la aplicación. La frecuencia 32768 Hz (32.768 KHz) se usa comúnmente, porque es una potencia de valor 2 (2 15 ). Y puede obtener un período preciso de 1 segundo (frecuencia de 1 Hz) utilizando un contador binario de 15 etapas.

Prácticamente, en la mayoría de las aplicaciones, particularmente digitales, el consumo de corriente debe ser lo más bajo posible para preservar la vida útil de la batería. Por lo tanto, esta frecuencia se selecciona como el mejor compromiso entre la baja frecuencia y la fabricación conveniente con disponibilidad de mercado y bienes inmuebles en términos de dimensiones físicas al diseñar el tablero, donde la baja frecuencia generalmente significa que el cuarzo es físicamente más grande.

WedaPashi
fuente
Una duda más si algunos de los procesadores utilizan principalmente 27Mhz, significa que debido a que la frecuencia de entrada PLL requiere 27mhz para generar todas las demás frecuencias ¿Estoy en lo cierto?
ramesh6663
@ FEB1115: Dudo que haya comprendido su pregunta con claridad, pero por lo que puedo entender diría, muchos procesadores tienen osciladores internos y una vez que se estabiliza, el oscilador de la corteza externa se usa con la configuración necesaria de multiplicadores y / o divisores para obtener una frecuencia deseada típica. El PLL utiliza este multiplicador y / o divisor para generar frecuencias de su interés y requerimiento.
WedaPashi
1
Si desea saber por qué un procesador usa una frecuencia "impar", verifique si tiene que lidiar con una señal en un múltiplo de esa frecuencia. 27Mhz es útil para hacer video analógico PAL y NTSC.
joeforker
¿En cambio quieres decir $ 32.768 $ kilohercios, no hertzios? (Muchos lectores de SE viven en países donde la coma es un separador decimal.)
Ruslan
@Ruslan: Sí, punto válido. Simplemente quise decir 2 a la potencia 15 = 32,768 Hz o 32.768 KHz.
WedaPashi
23

El número 32768 es una potencia de 2, es decir, es 2 ^ 15. Si tiene una frecuencia de reloj de 32.768 kHz, es fácil dividirla en una frecuencia de 1 Hz utilizando divisores de frecuencia binarios, también conocidos como contadores binarios, es decir, cadenas de flip-flops.

Tener una frecuencia de 1Hz significa que tiene una señal de reloj que proporciona una resolución de 1 segundo: cuente los segundos con un contador, haga los cálculos y tendrá un reloj de tiempo real (RTC).

Lorenzo Donati apoya a Monica
fuente
gracias por su respuesta rápida, entonces, ¿necesitamos un contador de 16 bits? ¿podría ayudarme a utilizar el enlace completo para aprender el mío?
ramesh6663
Creo que puede usar un contador de 16 bits y simplemente usar la salida de dígitos más significativa como salida de señal de reloj
enreda el
O simplemente puede dividir el 32768 por 2 ^ 15, lo que se puede hacer colocando 15 circuitos dividir por 2 en serie. Vea un ejemplo de divide por 2 en este artículo: electronics-tutorials.ws/counter/count_1.html ¡ Primer esquema desde arriba!
Bimpelrekkie
Encuentro interesante que incluso los dispositivos con una lectura de 1/100 segundos generalmente parecen usar cristales de 32,768Hz y aumentar el recuento 25 veces cada 8192 pulsos, en lugar de usar un cristal de 32,000Hz y dividir por 64, luego 5, y luego diez dos veces.
supercat
1
@supercat: para dividir por cualquier número que no sea una potencia de 2 como 5 o 10 (o 20), necesita un circuito de división (o una ALU o CPU). Para dividir estrictamente por potencias de 2, todo lo que necesita es un flip-flop D (o varios en cascada en serie: un circuito mejor conocido como contador)
slebetman
14

Se debe principalmente al costo. Estos cristales particulares son muy baratos debido a la industria relojera. Esta respuesta proporciona más detalles, aquí hay un extracto:

Cada año se venden 1.200 millones de relojes. La mayoría de ellos son relojes digitales de bajo costo, que requieren un cristal pequeño de 32 kHz. ...

Como resultado, estos cristales son extraordinariamente económicos ... [Otros cristales] cuestan de 10 a 100 veces más en cantidad que estos cristales de reloj económicos.

Además, estos cristales están particularmente bien optimizados para baja potencia. Se espera que los relojes en tiempo real funcionen con un oscilador de este tipo durante 10 años en una celda de tipo CR2032. Para obtener baja frecuencia, baja potencia, pequeños cristales en otras frecuencias, está buscando un aumento sustancial en el costo.

En volúmenes bajos, estos cristales son aún menos costosos que incluso la potencia normal o alta de los cristales de 25kHz o 56kHz, pero cuestan la diferencia no es grande hasta que entra en la fabricación de alto volumen.

Elija lo que necesita, pero si va a producir un producto de alto volumen y puede ajustar su diseño para que funcione con un cristal de 32 kHz, entonces hay un incentivo financiero sustancial para hacerlo.

Adam Davis
fuente
¿Crees que la velocidad de 31.25 kHz para MIDI (basada en la división de un reloj común de 1 MHz) fue un error? ¿Debería haber ido MIDI por 32.768?
Kaz
@Kaz La mayoría de las máquinas midi necesitarían un reloj más rápido de todos modos. 1MHz y sus múltiplos son baratos y fáciles de obtener. No creo que haya ninguna razón para usar una base de tiempo de 32.768kHz en midi, incluso si los volúmenes eran bajos, por lo que no habría grandes ahorros de costos.
Adam Davis
1
@Kaz: Algunos diseños de UART requieren que el reloj de velocidad de transmisión esté sincronizado con la llave principal de la CPU y un múltiplo de 16 veces la velocidad de transmisión deseada. Cuando se introdujo el MIDI, era común que las computadoras usaran un reloj derivado de un múltiplo de 1.0Mhz o 3.579545Mhz. Divide el primero entre 2 y luego 16 para obtener 31250 con precisión. Divida este último por 7 y luego por 16 para obtener 31960Hz, que es aproximadamente un 2.2% más rápido. Podría haber sido mejor especificar la velocidad MIDI como algo así como 31605Hz +/- 1.2%, para dejar en claro que cualquier dispositivo MIDI debería aceptar la entrada a cualquier velocidad.
supercat
@Kaz: si un UART requiere un reloj de 16x, la siguiente velocidad más rápida que se podría obtener de un cristal de colorburst sería 37287Hz, y las siguientes velocidades más rápidas de una base de tiempo de 4.0Mhz serían 35714 y 41667Hz, que están sustancialmente a cada lado . La velocidad de 31250Hz es probablemente la mejor si los sistemas necesitan poder derivarla de un múltiplo de 1.0Mhz o 3.579545Mhz (BTW, PAL usaría 4.433619MHz; dividir eso entre 9 y 16 produce 30789, que es aproximadamente 1.578 % lento; ¿quizás se eligió 31250 como compromiso entre PAL y NTSC?
supercat
2

Puede usar cualquier frecuencia que desee, siempre que su circuito esté diseñado para ello.

Con los chips CMOS, la frecuencia está relacionada con el consumo de energía. Entonces, un reloj de 25KHz consumiría menos energía que un reloj de 32.768 KHz. El reloj de 35 KHz supondría un poco más de potencia. Debe hacer los cálculos para determinar su reloj mínimo / máximo adecuado, coordinado con las fichas reales que seleccione.

Existe una compensación entre la velocidad del reloj, el consumo de energía y la cantidad de trabajo que puede realizar por ciclo de reloj. Esto varía de un circuito a otro.

Los RTC como clase se preocupan más por el consumo de energía cuando la alimentación principal está apagada, y usted está funcionando con la batería de respaldo de celda de moneda, pero también necesita ser relojes razonablemente precisos, en unos pocos segundos por mes típicamente.

L Brielmaier
fuente