¿Qué genera la señal de reloj en una CPU rápida y cómo funciona?

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A menudo, para circuitos integrados, se utiliza un cristal de cuarzo para generar la señal del reloj. Sin embargo, esto solo alcanza velocidades en MHz. ¿Qué componente, o qué circuito, genera señales de hasta 5 GHz como en los procesadores de computadora?

¿Cómo es posible aumentar esa velocidad cuando overclockeas una PC (ya que no supongo que un cristal se acelera cuando pones un voltaje más alto o lo hace más frío)?

signal clock microprocessor crystal clock-speed Markinson
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¿Por qué asumirías que los cristales de cuarzo solo alcanzan frecuencias de unos pocos kilohercios? Tengo unos cristales de 27 MHz en mi cajón.
Bimpelrekkie
Tienes razón @FakeMoustache, pero me refería a cristales de 1 gigahercio o más.
Markinson
Bien, he visto osciladores de cristal de hasta 150 MHz, en la práctica se utilizan hasta 50 MHz. Las frecuencias anteriores que se realizan utilizando un PLL como menciona Wouter. ¡Trabajo en un producto donde usamos un PLL para convertir 25 MHz en 60 GHz!
Bimpelrekkie

Respuestas:

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En realidad, los osciladores de cristal pueden subir fácilmente a 10's de MHz. Por encima de eso, en la mayoría de los casos se usa un PLL (Phase Locked Loop), que es un oscilador que no es muy preciso en sí mismo, pero se puede sintonizar (su frecuencia se puede ajustar un poco). La frecuencia de este oscilador de alta frecuencia se divide por un factor adecuado (dividir una señal por una potencia de 2 es fácil y totalmente preciso), y luego se compara con un oscilador de 10 MHz. La comparación se utiliza para ajustar el oscilador de alta frecuencia. Por lo tanto, se realiza una alta frecuencia con (casi) la precisión del oscilador de cristal de baja frecuencia.

En la mayoría de los casos, la circuitería para hacer todo esto está integrada en el chip del procesador, porque debe configurarse bajo el control del software, y enrutar una señal de alta frecuencia entre chips es una pesadilla.

Wouter van Ooijen
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Era cierto hace 5 años (y probablemente aún hoy) que la mayoría de las placas base tienen un buen cristal de 14.318MHz y un chip generador de reloj (PLL) que genera otras frecuencias de bus como 33MHz (PCI), 48MHz (USB) y una frecuencia intermedia "FSB" como 100 o 200 MHz desde allí. Luego, la CPU toma la frecuencia FSB y la multiplica hasta el rango de GHz con otro PLL en el chip, lo que evita el problema de transportar el reloj GHz a cualquier distancia o
pasarlo a
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No necesita un cristal para oscilar, cualquier componente reactivo, como un condensador o inductor, con un amplificador puede hacer el trabajo. De hecho, un cristal es equivalente a un R, L y C en serie, todos en paralelo con un C. La ventaja de un cristal es que la frecuencia de resonancia es muy precisa. Para generar frecuencias más altas, las personas usan otros componentes resonantes (por ejemplo, inductores y condensadores dentro de los chips) en su circuito oscilador.

Con algunos circuitos osciladores, la frecuencia se puede variar con un voltaje aplicado (VCO). Estos se utilizan para generar altas frecuencias con precisión, dividiendo la frecuencia de salida y comparándola con una fuente precisa de baja frecuencia como un cristal y luego ajustando el voltaje de control de manera apropiada. Un PLL (bucle de bloqueo de fase) es un ejemplo, que genera un voltaje proporcional a la diferencia de fase entre el reloj de alta frecuencia dividido y el reloj de referencia.

patstew
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