ক্রিস্টাল অসিলেটরগুলিতে ভগ্নাংশের ফ্রিকোয়েন্সিগুলির জন্য ডিজাইনের নীতি এবং নির্বাচনের বিবেচনা

নকশা নীতি এবং নির্বাচন বিবেচনা ক্রিস্টাল অসিলেটরগুলিতে ভগ্নাংশের ফ্রিকোয়েন্সিগুলির জন্য

হার্ডওয়্যার ক্লক সিস্টেমের ডিজাইনে, প্রকৌশলীরা প্রায়শই আপাতদৃষ্টিতে "অনিয়মিত" ক্রিস্টাল অসিলেটর ফ্রিকোয়েন্সিগুলির মুখোমুখি হন, যেমন 11.0592 MHz, 3.579545 MHz এবং 19.6608 MHz। দশমিক উপাদান সহ এই ফ্রিকোয়েন্সিগুলি নির্বিচারে বেছে নেওয়া হয় না, তবে যোগাযোগ প্রোটোকল, ফ্রিকোয়েন্সি-বিভাগের সীমাবদ্ধতা এবং সিস্টেম-স্তরের বিপরীত প্রয়োজনীয়তার উপর ভিত্তি করে ডিজাইন বিবেচনার অনিবার্য ফলাফল। মৌলিক নীতিগুলি থেকে শুরু করে, এই নিবন্ধটি ভগ্নাংশের ফ্রিকোয়েন্সি তৈরির পিছনে যুক্তি বিশ্লেষণ করে এবং উপাদান নির্বাচনের জন্য ব্যবহারিক স্ক্রীনিং পদ্ধতি সরবরাহ করে।

• ফ্র্যাকশনাল ফ্রিকোয়েন্সি পয়েন্টের মূল ডিজাইন লজিক

সিস্টেম ঘড়ির উত্স হিসাবে, স্ফটিক অসিলেটরের ফ্রিকোয়েন্সি নির্বাচন সর্বদা ডাউনস্ট্রিম ডিজিটাল সার্কিটগুলির (যেমন পিএলএল, ডিভাইডার এবং সিরিয়াল যোগাযোগের) সুনির্দিষ্ট সময়ের প্রয়োজনীয়তা পূরণের জন্য তৈরি করা হয়। ভগ্নাংশের ফ্রিকোয়েন্সি পয়েন্টগুলির উত্থান প্রাথমিকভাবে নিম্নলিখিত চার ধরণের নকশার সীমাবদ্ধতা থেকে উদ্ভূত হয়:

1.ত্রুটি নিশ্চিত করতে UART পূর্ণসংখ্যা বিভাগে মানিয়ে নেওয়া{1}}বিনামূল্যে সিরিয়াল বড রেট

সিরিয়াল বড রেটটি সিস্টেম ঘড়ি থেকে পূর্ণসংখ্যা বিভাজনের মাধ্যমে নেওয়া হয়েছে, নিম্নলিখিত সূত্র অনুসারে: বড রেট=ঘড়ির ফ্রিকোয়েন্সি / বিভাগ ফ্যাক্টর

নির্ভুলভাবে স্ট্যান্ডার্ড বড রেট তৈরি করতে (যেমন 9600, 19200, বা 115200 bps), ঘড়ির ফ্রিকোয়েন্সি অবশ্যই ভাজক দ্বারা বিভাজ্য হতে হবে একটি অবশিষ্ট ছাড়া। একটি উদাহরণ হিসাবে 1.8432 MHz নেওয়া, 16-গুণ ওভারস্যাম্পলিং বিভাগের পরে:

1.8432 MHz ÷ 16=115.2 kHz, যা 115200 bps সমান।

একইভাবে, 11.0592 MHz এবং 19.6608 MHz হল যথাক্রমে 6 বার এবং 10.666… বার 1.8432 MHz, যথাক্রমে (আসলে, 11.0592=1.8432 × 6, 19.6608=1.8432 × 10.666... একটি PLL প্রয়োজন), কিন্তু M5 এর জন্য clock ফ্রিকোয়েন্সি হিসাবে সরাসরি ব্যবহার করা আরও সাধারণ। মাইক্রো{10}}কন্ট্রোলার, অভ্যন্তরীণ UART ডিভাইডারকে বিভাজনের মাধ্যমে সমস্ত স্ট্যান্ডার্ড বড রেট তৈরি করতে দেয়। যদি 20 MHz এর একটি পূর্ণসংখ্যা ফ্রিকোয়েন্সি নির্বাচন করা হয়, তাহলে এটিকে 115,200 দ্বারা সমানভাবে ভাগ করা যাবে না, যার ফলে ক্রমবর্ধমান ত্রুটি এবং ফ্রেমের ত্রুটি বা প্যাকেটের ক্ষতি হতে পারে।

2. একটি বাইনারি ফ্রিকোয়েন্সি-বিভাজন আর্কিটেকচারের জন্য সমর্থন ঘড়ির গাছের নকশাকে সহজ করে

20.48 MHz, 10.24 MHz এবং 5.12 MHz-এর মতো ফ্রিকোয়েন্সিগুলিকে 2ⁿ × 10 kHz (যেমন, 20.48 MHz=2048 × 10 kHz) হিসাবে প্রকাশ করা যেতে পারে। বাইনারি ফ্রিকোয়েন্সি বিভাগের মাধ্যমে এই ফ্রিকোয়েন্সিগুলি ক্যাসকেড করার পরে, 10.24 MHz, 5.12 MHz, 2.56 MHz, 1.28 MHz ইত্যাদির মতো সাব{11}}ঘড়ির ডোমেন তৈরি করা যেতে পারে। এই পদ্ধতিটি বাইনারি কাউন্টার বা শিফ্ট রেজিস্টার ব্যবহার করে ফ্রিকোয়েন্সি বিভাজন কার্যকর করার জন্য উপযুক্ত-যার ফলে বিভিন্ন ফ্রিকোয়েন্সি-বিভক্ত ঘড়ির মধ্যে সুসংজ্ঞায়িত ফেজ সম্পর্ক এবং সামঞ্জস্যপূর্ণ সময়ের মার্জিন সহ একটি সাধারণ সার্কিট কাঠামো তৈরি হয়। এই ফ্রিকোয়েন্সিগুলি সাধারণত শিল্প ডিএসপি, পিএলসি এবং সার্ভো ড্রাইভে বেস ফ্রিকোয়েন্সি হিসাবে ব্যবহৃত হয়।

3. উচ্চ গতির যোগাযোগ এবং অডিও/ভিডিও নমুনা মান পূরণের জন্য PLL এর মাধ্যমে সংশ্লেষিত

আধুনিক SoCs, অপটিক্যাল মডিউল, এবং ভিডিও প্রসেসরগুলি PLLs অন্তর্ভুক্ত করে, যা সাধারণত একটি রেফারেন্স হিসাবে স্ট্যান্ডার্ড পূর্ণসংখ্যা ফ্রিকোয়েন্সি (যেমন 25 MHz বা 24 MHz) ব্যবহার করে এবং তারপর পূর্ণসংখ্যা ভাগ বা গুণ বা ভগ্নাংশের মাধ্যমে নির্দিষ্ট অ{2}}মানক ফ্রিকোয়েন্সি তৈরি করে। সাধারণ উদাহরণ অন্তর্ভুক্ত:

74.25 MHz: SMPTE স্ট্যান্ডার্ড দ্বারা সংজ্ঞায়িত উচ্চ-ভিডিও নমুনা ঘড়ি, 1080i এবং 720p-এর মতো ফর্ম্যাটের জন্য ব্যবহৃত হয়;

33.1776 MHz: সাধারণত অডিও কোডেক এবং ব্রডব্যান্ড RF ফ্রন্ট-এন্ডে পাওয়া যায়; PLL এর সাথে ব্যবহার করা হলে, এটি 44.1 kHz বা 48 kHz অডিও স্যাম্পলিং রেট ফ্যামিলি তৈরি করতে পারে;

25.000625 MHz: নির্দিষ্ট ইথারনেট PHYs একটি 25 MHz ঘড়ি ব্যবহার করে একটি ভগ্নাংশ পিএলএল সহ একটি 1 Gbps লাইন রেটকে সমর্থন করার জন্য একটি সুনির্দিষ্ট 125 MHz সিরিয়াল ডেটা রেট তৈরি করতে (উল্লেখ্য যে 25 MHz এর পূর্ণসংখ্যা গুণিতকগুলি সাধারণত ব্যবহারিক উদ্দেশ্যে এখানে ব্যবহার করা হয়);

এটি লক্ষ করা উচিত যে ভগ্নাংশের ফ্রিকোয়েন্সি বিভাজন নির্ধারক জিটার এবং জাল সংকেত প্রবর্তন করে। ফেজ নয়েজের প্রতি সংবেদনশীল অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য, পূর্ণসংখ্যা ফ্রিকোয়েন্সি বিভাগের মাধ্যমে সরাসরি প্রাপ্ত করা যেতে পারে এমন লক্ষ্য ফ্রিকোয়েন্সিগুলিকে অগ্রাধিকার দেওয়া উচিত, বা উপযুক্তভাবে কনফিগার করা লুপ ব্যান্ডউইথের সাথে কম-শব্দযুক্ত পিএলএল ব্যবহার করা উচিত।

4. ঐতিহাসিক শিল্প প্রোটোকল এবং EMC বিবেচনার আনুগত্য

ঐতিহাসিক প্রোটোকল: USB 2.0 একটি 48 MHz উচ্চ -গতির ঘড়ি নির্দিষ্ট করে; ইথারনেট MACs 25 MHz বা 125 MHz ব্যবহার করে; এবং বাস্তব-টাইম ঘড়ি (RTCs) 32.768 kHz (2¹⁵ Hz) এ কাজ করে। এই ফ্রিকোয়েন্সিগুলি স্থির করা হয়েছিল যখন মানগুলি প্রতিষ্ঠিত হয়েছিল এবং তখন থেকে পুরো শিল্প শৃঙ্খলে গৃহীত হয়েছে, ডি ফ্যাক্টো স্ট্যান্ডার্ড হয়ে উঠেছে।

ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক কম্প্যাটিবিলিটি (EMC): পূর্ণসংখ্যা ফ্রিকোয়েন্সির উচ্চতর ক্রম হারমোনিক্স পাওয়ার সাপ্লাই, RF, বা বেতার কমিউনিকেশন ব্যান্ডের সাথে ওভারল্যাপ হতে পারে, হস্তক্ষেপের সূচনা করে। একটি ভগ্নাংশ উপাদান সহ একটি অসিলেটর ফ্রিকোয়েন্সি নির্বাচন করা সুরেলা শক্তিকে ছড়িয়ে দিতে বা স্থানান্তর করতে পারে, যার ফলে EMI ঝুঁকি হ্রাস পায় এবং ফিল্টারিং এবং শিল্ডিংয়ের খরচ কম হয়।

• ক্রিস্টাল অসিলেটর নির্বাচনের অন্যান্য মূল কারণ

ফ্রিকোয়েন্সি মান ছাড়াও, নিম্নলিখিত প্রকৌশল বিষয়গুলি নির্বাচনের জন্য সমানভাবে গুরুত্বপূর্ণ:

ফেজ নয়েজ এবং জিটার

যদিও পিএলএল যেকোন ফ্রিকোয়েন্সি সংশ্লেষ করতে পারে, ভগ্নাংশের ফ্রিকোয়েন্সি বিভাজন উল্লেখযোগ্যভাবে শেষ পর্যায়ের শব্দ এবং এলোমেলো জিটারের কাছাকাছি-ক্ষয়প্রাপ্ত হয়। উচ্চ-গতির অপটিক্যাল মডিউল, মিলিমিটার-ওয়েভ রাডার, বা 5G ফ্রন্টহলের মতো অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য, পরবর্তীতে অপর্যাপ্ত সংকেত অখণ্ডতা মার্জিন এড়াতে ফেজ নয়েজ স্পেসিফিকেশনগুলি পূরণ করে এমন নেটিভ ফ্রিকোয়েন্সি সহ ক্রিস্টাল অসিলেটর সরাসরি নির্বাচন করার পরামর্শ দেওয়া হয়।

সীসা সময় এবং খরচ

নন-স্ট্যান্ডার্ড বা কাস্টম ফ্রিকোয়েন্সিগুলির জন্য সাধারণত দীর্ঘ সময়ের প্রয়োজন হয় এবং উচ্চ প্রকৌশল ব্যয় বহন করে। গ্রহণযোগ্য কর্মক্ষমতা সীমার মধ্যে, R&D নিয়ন্ত্রণ এবং BOM চক্রের খরচ কমাতে শিল্প-স্ট্যান্ডার্ড ফ্রিকোয়েন্সি (যেমন সাধারণ পূর্ণসংখ্যা ফ্রিকোয়েন্সি যেমন 25 MHz, 27 MHz, 40 MHz, এবং 50 MHz, সেইসাথে এই নিবন্ধে উল্লিখিত স্ট্যান্ডার্ড ভগ্নাংশের ফ্রিকোয়েন্সিগুলিকে) অগ্রাধিকার দেওয়া উচিত।

গার্হস্থ্য বিকল্প সঙ্গে সামঞ্জস্যপূর্ণ

বর্তমানে, গার্হস্থ্য কোয়ার্টজ ক্রিস্টাল অসিলেটর নির্মাতারা সাধারণভাবে ব্যবহৃত পূর্ণসংখ্যা এবং ভগ্নাংশের স্ট্যান্ডার্ড ফ্রিকোয়েন্সিগুলির বেশিরভাগই কভার করে। একটি ডিভাইস নির্বাচন করার সময়, হোস্ট কন্ট্রোলার চিপের ঘড়ির ইনপুট প্রয়োজনীয়তার সাথে সামঞ্জস্যতা নিশ্চিত করতে সরবরাহের স্থিতিশীলতা, তাপমাত্রার বৈশিষ্ট্যগুলি (যেমন ±10 পিপিএম এবং ±20 পিপিএম), এবং লোড ক্যাপাসিট্যান্স প্যারামিটারগুলিতে ফোকাস করুন।

• ব্যবহারিক নির্বাচন সুপারিশ

প্রথম,সিস্টেম ঘড়ির সীমাবদ্ধতা নির্ধারণ করুন: সমস্ত পেরিফেরাল (UART, I2S, SPI, Ethernet, USB, Video) এবং তাদের অনুমোদিত ত্রুটি মার্জিনের জন্য প্রয়োজনীয় সুনির্দিষ্ট ঘড়ির ফ্রিকোয়েন্সি তালিকাভুক্ত করুন।

বিপরীতে ক্রিস্টাল অসিলেটর মৌলিক ফ্রিকোয়েন্সি আহরণ করুন:যদি মাইক্রোকন্ট্রোলারের একটি বিল্ট ইন-পিএলএল থাকে, তাহলে একটি রেফারেন্স ক্রিস্টাল অসিলেটর নির্বাচন করুন যা পূর্ণসংখ্যা বা নিম্ন-ভগ্নাংশ বিভাজন অনুপাতের মাধ্যমে লক্ষ্য ফ্রিকোয়েন্সি তৈরি করতে সক্ষম। 100-এর কম ডিভিশন অনুপাত এবং 2 এর ঘাত এমন একটি হরকে অগ্রাধিকার দিন।

বিভাজন ত্রুটি যাচাই করুন: বিভাজন ত্রুটি পেরিফেরাল দ্বারা অনুমোদিত সর্বাধিক বড রেট/স্যাম্পলিং রেট বিচ্যুতির চেয়ে কম কিনা তা গণনা করুন (সাধারণত < ±2%)।

EMI ঝুঁকি মূল্যায়ন করুন:উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি হারমোনিক্সের একটি বর্ণালী বিশ্লেষণ করুন; যদি প্রয়োজন হয়, একটি ফ্রিকোয়েন্সি পয়েন্ট নির্বাচন করুন যা পূর্ণসংখ্যা-ক্রম হারমোনিক্স থেকে বিচ্যুত হয়।

প্রাপ্যতা এবং খরচ বিবেচনা করুন: কর্মক্ষমতা প্রয়োজনীয়তা পূরণ করার সময়, পর্যাপ্ত বাজার প্রাপ্যতা এবং একটি প্যাকেজের ধরন (যেমন, HC-49S, SMD 3.2 × 2.5 মিমি) সহ একটি মডেল নির্বাচন করুন যা উত্পাদন প্রয়োজনীয়তা পূরণ করে।