由超頻來看時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)數(shù)字產(chǎn)品的重要性
2004年7月A版
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數(shù)字產(chǎn)品為什么用到Clock?
自電子計(jì)算機(jī)發(fā)明以后,信息的數(shù)字化已成為一股不可阻擋的趨勢(shì),也是二十世紀(jì)后人類文明發(fā)展的一大跨越。日常生活中的每個(gè)角落,莫不被數(shù)字化的電子產(chǎn)品所占據(jù)。
數(shù)字化的意思,是指事物的狀態(tài)利用數(shù)字信號(hào)來描述與紀(jì)錄,而不是現(xiàn)實(shí)生活中所看到不斷連續(xù)變化的模擬模式。數(shù)字信號(hào)是由0與1兩種不同的電壓振幅狀態(tài)所表示的二進(jìn)制信息。數(shù)字信號(hào)在兩個(gè)組件間的傳送與接收途中,就只有以低電壓所表示的0,或是以高電壓所表示的1兩種狀態(tài),數(shù)字設(shè)備要維持正常的運(yùn)作,傳送端與接收端必須同時(shí)發(fā)送及讀取數(shù)據(jù),才能確保數(shù)據(jù)的正確性,不然當(dāng)傳送端已經(jīng)傳送下一個(gè)數(shù)據(jù)狀態(tài),接收端才開始接收上一數(shù)據(jù),結(jié)果可就大大不同了。因此不論是組件與組件之間、處理器CPU內(nèi)部、或是兩部連接的設(shè)備間,都需要一種協(xié)調(diào)兩端同時(shí)運(yùn)作的機(jī)制,使數(shù)字信號(hào)能正常的被處理。
但要以多久的時(shí)間間隔來抓取或送出數(shù)據(jù),是由系統(tǒng)運(yùn)作的時(shí)鐘來決定的。數(shù)字產(chǎn)品中一定會(huì)有一個(gè)稱為時(shí)鐘發(fā)生器(clock generator)的電子組件,這個(gè)組件會(huì)不斷產(chǎn)生穩(wěn)定間隔的電壓脈沖,產(chǎn)品中所有的組件將隨著這個(gè)時(shí)鐘來同步進(jìn)行運(yùn)算動(dòng)作。簡單的說,數(shù)字產(chǎn)品必須要有時(shí)鐘的控制,才能精確地處理數(shù)字信號(hào),就好比動(dòng)物的心跳一樣。若時(shí)鐘不穩(wěn)定,輕則造成數(shù)字信號(hào)傳送上的失誤,重則導(dǎo)致數(shù)字設(shè)備無法正常運(yùn)作。
Clock的演進(jìn)
早期PC-XT的時(shí)代,一臺(tái)計(jì)算機(jī)內(nèi)部的系統(tǒng)頻率基本上是由石英震蕩晶體(crystaloscillator)所產(chǎn)生。為什么使用石英呢？因?yàn)槭⑦@種礦物,對(duì)其加壓就會(huì)開始進(jìn)行膨脹和收縮,且震蕩頻率的穩(wěn)定度極高,例如石英表、電子表中也是利用石英晶體來做計(jì)時(shí)的基準(zhǔn)頻率。石英在通電后膨脹和收縮的時(shí)候,會(huì)產(chǎn)生接近正弦波的電子信號(hào),主機(jī)板電路再將正弦波轉(zhuǎn)換形成數(shù)字的0與1脈沖,即成為電路中的時(shí)鐘信號(hào)。
因?yàn)槭⒌恼鹗庮l率范圍固定,無法獲得多樣化的頻率應(yīng)用,并且當(dāng)電路內(nèi)需要多種時(shí)鐘頻率時(shí),使用多顆石英震蕩晶體也有些不切實(shí)際。業(yè)界開始利用鎖相環(huán)(PLL, Phase Lock Loop)的特性,開發(fā)出IC化的時(shí)鐘發(fā)生器。只要提供PLL一個(gè)基準(zhǔn)頻率,搭配不同比例的除頻電路,即可依電路中的需求,彈性的產(chǎn)生多樣化的時(shí)鐘。數(shù)字產(chǎn)品的研發(fā)工程師,便可自由的產(chǎn)生電路中的各種頻率,不再受限于石英震蕩晶體的固定頻率規(guī)格。
時(shí)鐘發(fā)生器中的除頻電路若再加上EEPROM這類半永久性的內(nèi)存,只要變更緩存器中的數(shù)值就可以設(shè)定輸出時(shí)鐘,可以簡化時(shí)鐘電路的復(fù)雜度。時(shí)鐘發(fā)生器可在出場(chǎng)時(shí),就預(yù)先設(shè)定好各項(xiàng)除頻的參數(shù),直接裝配至電路中,免除多余的外圍線路以大幅降低產(chǎn)品的成本;或是在時(shí)鐘發(fā)生器中內(nèi)建I2C
