Frekans nasıl seçilir?


9

Elektronik uzmanı değilim. Ben sadece bir programcıyım. Bu soruyu sadece eğlence için soruyorum.

Benim sorum: Bir dijital devre tasarımı için frekans nasıl seçilir?

Frekans gerçek tasarım yapmadan önce "önceden", devre zaten tasarlandıktan sonra "son seçenek" olarak mı, yoksa "ortada" tasarım sırasında birkaç kez ayarlanıyor mu?

Büyük bir devrenin farklı bölümlerinin farklı optimum frekanslar gerektirdiği ortaya çıkarsa ne olur? Devrenin bazı bölümlerinin yeniden tasarlanması için bir neden değil mi?

Tasarım sırasında frekans seçme aşamalarını açıklar mısınız?

"Core" serisi işlemcilerin çoğunun Pentium-4'ten daha yüksek hıza sahip olmasından daha az frekansa sahip olması nasıl oldu?

Ayrıca daha az frekansın daha az güç tüketimine yol açtığını duydum. Ancak Core CPU'nun daha az frekansa sahip olması yine de daha az sayıda mantıksal kapıların durumunu saniyede değiştirmiyor mu? Kapılarının sayısı, güç tüketimini tanımlayan faktör değil, sıklığını değiştirmiyor mu?


1
Devreye bağlı
endolit

Yanıtlar:


5

I. Çoğu zaman çip, çipin farklı kısmı için farklı frekanslar kullanır. Günümüzde çoğu temel 0.5 $ mikrodenetleyici bile oldukça karmaşık saat ölçüm şemasına sahiptir (en azından veri sayfasında ayrı bir bölümü hak ediyor). Böylece saat frekansı blok bazında blok bazında seçilecektir.

II. Tasarım sıklığının hangi aşamasında seçilir:

a) Çoğu zaman erken aşamada olduğunu iddia ediyorum. Bir gereksinim elde edilir (örnek: HD Video kodunu çözmek zorunda). Buna dayanarak, güç / teknoloji / maliyet (alan) dengesini dikkate alarak mimariyi seçerdi. Mimari kararın çıktılarından biri saat frekansıdır.

b) Ancak bazı zamanlarda erken karar en uygun / yanlıştır. Böylece değişiklik yapılıyor. Bununla birlikte, genellikle çipin farklı kısımları paralel olarak tasarlandığından maliyetli olabilir. Bir saati değiştirmek diğer bloğun yeniden tasarımını tetikleyebilir (arayüz ve saat kaynağının kendisi nedeniyle). Bu nedenle bundan kaçınıldığını söyleyebilirim. Tabii ki bazı bloklar için saat frekansını değiştirmek diğerinden daha kolay olur, böylece "millajınız değişebilir".

c) Yer ve güzergahın son aşamasında (bu, çipin fabrikaya gönderilmesinden önceki son aşamalardan biridir) bazen zamanlama / güç bütçesinde kapanma sorunları olabilir (yani, hedeflenen frekans / güçte tasarım çalışması yapmak) karar daha düşük saat frekansına yapılır. Bu, bazı pazarlama özelliklerinin karşılanmaması anlamına geldiği için kesinlikle önlenir. Ancak bazen piyasada daha hızlı olmak daha akıllıca olur ve bu aşamada gerçekten çok maliyetli ve zaman alıcı olacak yeniden tasarım yapmak.

Ancak daha fazlası var:

d) Bazı zamanlarda saat frekansı kararı imalattan sonra verilir (tasarımda belirli bir hüküm önceden yapılmışsa). Üretim değişkenliği nedeniyle bazı yongalar diğerlerinden daha iyi sonuç verir. Biri binning yapabilir - cipsleri hangi maksimum frekansta güvenilir bir şekilde çalışabileceklerine göre sınıflandırın ve bunları daha hızlı premium olarak satın. Bunun çoğunlukla PC işlemci satıcıları tarafından kullanıldığını söyleyebilirim.

e) Gerekli işleme gücü çipin izin verdiği maksimum değerden düşükse, güç tasarrufu yapmak için (uC'de popüler olan) bazen hazır çipler son ekipmanda saat altındadır.

f) Bazı modern tasarımlarda saat dinamik olarak ayarlanabilir. Daha sonra güç tasarrufu için saat, yüke bağlı olarak sahada değiştirilir.

III. Bu nedenle, frekansın nasıl seçildiği ve neden bazen daha düşük bir saatte çalışan tasarımın daha büyük işleme kapasitesi olacaktır:

Oh oğlum o kadar çok değişken var ki bu kendi başına mühendislik disiplini. Pazarlama gereksinimleri, teknoloji, maliyet, EMI, güç, desteklenen standart, IO gereksinimleri vb.

Ama temelde bir kişi bunu takip etmek için aptallaştırabilir - verilen performansı elde etmek için daha hızlı bir saate sahip olabilir (birbiri ardına seri halinde şeyler yapabilir) veya daha fazla transistör kullanma pahasına daha düşük saatte paralel olarak şeyler yapabilir. Bazı faktörlerden dolayı - esas olarak boru hattı durması / bellek gecikmesi, bazen daha hızlı saatten daha fazla transistör kullanmak daha iyidir.


Mazurnification 3. noktaya bir katkı olarak, burada modern mikroişlemciler hakkında bir "90 dakikalık" rehber ve hız sadece Megahertz daha neden daha var: lighterra.com/papers/modernmicroprocessors boru hattı ve süperskalar yapı gibi şeyleri temel bir şekilde açıklar.
Arturo Gurrola

7

Gömülü arenada, mikrodenetleyicinin çevre birimleri ile kısıtlamalar nedeniyle genellikle belirli bir frekans seçilir. Örneğin, 1.8432 MHz kristal (veya bu frekansın 18.432 MHz gibi bir katı) kullanılabilir, çünkü bu temel frekans 16'ya bölünür bir UART için 115.200 baud hızı ile sonuçlanır. 32768 Hz, düşük güçlü mikrodenetleyici uygulamaları için sıklıkla kullanılır, çünkü zaman tutma için kolayca 1 Hz'e bölünür.

İşte çeşitli kristal frekanslarının ve var olma nedenlerinin bir listesi . "UART saati" olarak listelenenler genellikle daha önce verilen nedenden dolayı mikrodenetleyiciler için seçilir; seçilen spesifik BRG devresine (baud hızı üreteci) ve istenen baud hızına bağlıdır.


5

Aslında, bir CMOS devresi tarafından dağıtılan güç, statik güç tüketimi (kaçak akımlardan kaynaklanan) ve dinamik güç tüketiminin (yalnızca transistörler mantık durumunu değiştirirken tüketilir) toplamıdır. İkincisi, anahtarlama frekansının bir fonksiyonudur.

İşte onu daha ayrıntılı olarak açıklayan mükemmel bir TI uygulama notu: http://focus.ti.com/lit/an/scaa035b/scaa035b.pdf

Bununla birlikte, daha düşük saat frekansını seçmek genellikle en iyi fikirdir. Bununla birlikte, bazen daha yüksek saat frekansı kullanmak daha mantıklıdır, böylece kesme işleyicisi görevini daha hızlı bitirebilir ve CPU'yu kesintiler arasında güç tasarrufu moduna geçirebilir.


1

Yukarıda da belirtildiği gibi, insanlar güç ticaretine karşı hız yaparlar.

Pazarın yüksek performans sonunda daha karmaşıktır - Intel durumunda rakip sorunlar var - silikonu ne kadar hızlı yapabilirim? bağlıdır - bir talimat yürütmek için birkaç saat alır - (Çok) basit bir örnek olarak ben 1GHz saatler 4 saat / talimat boru hattı ve 1.25GHz saatler saatler emekli olacağım Her saatte 1 talimat ve 6 saat / talimat borusu daha hızlı olacaktır

Gerçek dünyada boru hattı kabarcıkları gibi şeyler meydana gelse de, boru hattını doldurmanız gerektiğinde daha fazla boru hattı aşamasına sahip olursunuz - 4 saat borusu 6 saat borusundan daha hızlı ve ortalama olarak (büyük bir demet üzerinde) 6 saat borusu, 4 boru sahne tasarımı için 1.5 saatle karşılaştırıldığında her talimatı emekliye ayırmak için 2 saat sürebilir - 4 aşamalı tasarım 6 aşama bir (1gHz / 1.5> 1.25GHz / 2) gerçekleştirecektir.

Tabii ki pazarlama adamlarının böyle şeyler satması zor - insanlar "daha fazla GHz daha hızlı demektir"


1

Diğer bir husus EMC / EMI - elektromanyetik uyumluluk / elektromanyetik girişimdir.

Örneğin, yüksek hızlı dijital sinyaller, lisanslı RF kullanımı için bir girişim kaynağı olabilecek istenmeyen RF (radyo frekansı - uzun dalgadan mikrodalgaya) radyasyon oluşturabilir. Buna AM (MW) radyo yayını, televizyon yayını, cep telefonları, GPS alıcıları ve diğer elektronik devreler dahildir.

Aslında yüksek hızlarda, baskılı bir devre kartındaki (PCB) uzun (bakır) izler hem gönderme hem de alma için anten görevi görebilir. Örneğin, bir cep telefonu bir sistemi kilitlemek için devre kartına çok yakın yerleştirilirse, yetersiz yerleştirilmiş bir devre kolayca yeterli paraziti alabilir.

Uydular ayrıca iyonlaştırıcı radyasyonu da (yani gama partikülleri) dikkate almak zorundadır, bir çözüm, üretim süreci nedeniyle sadece sınırlı hızlarda çalışabilen radyasyonla sertleştirilmiş IC'lerin kullanılmasını gerektirir.

Bu ticari ürünler nedeniyle, genel pazara satılmasına izin verilmeden önce EMC / EMI testlerinden geçmelidir.

Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.