आवृत्ति कैसे चुनी जाती है?


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मैं इलेक्ट्रॉनिक्स का विशेषज्ञ नहीं हूं। मैं सिर्फ एक प्रोग्रामर हूं। मैं यह सवाल सिर्फ मनोरंजन के लिए पूछता हूं।

मेरा प्रश्न: डिजिटल सर्किट के डिजाइन के लिए आवृत्ति कैसे चुनी जाती है?

क्या वास्तविक डिजाइन करने से पहले आवृत्ति को "पहले-हाथ" चुना जाता है, सर्किट के डिजाइन के बाद "अंतिम विकल्प" के रूप में, या "बीच में" इसे डिजाइन के दौरान कई बार समायोजित किया जाता है?

क्या होगा अगर यह पता चलता है कि एक बड़े सर्किट के विभिन्न हिस्सों को अलग-अलग इष्टतम आवृत्तियों की आवश्यकता होती है? क्या यह सर्किट के कुछ हिस्सों को नया स्वरूप देने का कारण नहीं है?

क्या आप डिजाइन के दौरान आवृत्ति चुनने के चरणों का वर्णन कर सकते हैं?

यह कैसे हुआ है कि "कोर" श्रृंखला के कई सीपीयू में पेंटियम -4 की तुलना में कम आवृत्ति थी जो वास्तव में अधिक गति है?

मैंने यह भी सुना है कि कम आवृत्ति से बिजली की खपत कम होती है। लेकिन कोर सीपीयू कम आवृत्ति वाले नहीं हैं, फिर भी प्रति सेकंड उनके राज्य को बदलने वाले तार्किक फाटकों की संख्या कम नहीं है? क्या बिजली की खपत को परिभाषित करने वाले कारक की आवृत्ति में परिवर्तन नहीं करने वाले फाटकों की संख्या नहीं है?


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सर्किट पर निर्भर करता है
एंडोलिथ

जवाबों:


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I. अधिकांश समय चिप चिप के विभिन्न भाग के लिए विभिन्न आवृत्तियों का उपयोग करेगा। अब दिन भी सबसे बुनियादी 0.5 $ mikrocontrollers की क्लॉकिंग स्कीम काफी अच्छी है (कम से कम डेटाशीट में अलग अध्याय के योग्य)। इसलिए ब्लॉक बेस द्वारा ब्लॉक पर घड़ी की आवृत्ति को चुना जाएगा।

द्वितीय। डिजाइन आवृत्ति के किस चरण में चुना जाता है:

a) मैं यह दावा करूंगा कि अधिकांश समय यह शुरुआती चरण में है। आवश्यकताओं को प्राप्त होगा (उदाहरण: एचडी वीडियो को डिकोड करना होगा)। उसके आधार पर किसी ने आर्किटेक्चर को खाते की शक्ति / प्रौद्योगिकी / लागत (क्षेत्र) के ट्रेडऑफ में चुना। आर्किटेक्चर निर्णय के आउटपुट में से एक घड़ी आवृत्ति है।

b) लेकिन कुछ बार प्रारंभिक निर्णय उप-इष्टतम / गलत होता है। इसलिए संशोधन किया जा रहा है। हालांकि यह महंगा हो सकता है क्योंकि आमतौर पर चिप के विभिन्न हिस्सों को समानांतर में डिज़ाइन किया जाता है। एक घड़ी को बदलने से अन्य ब्लॉक का फिर से डिजाइन (इंटरफ़ेस और घड़ी स्रोत के कारण) हो सकता है। मैं कहूंगा कि इसी कारण से इसे टाला जाता है। निश्चित रूप से कुछ ब्लॉक के लिए घड़ी की आवृत्ति को बदलना आसान है, तो अन्य के लिए "आपकी मिल भिन्न हो सकती है"।

ग) स्थान और मार्ग के अंतिम चरण में (कारखाने में चिप भेजने से पहले यह अंतिम चरणों में से एक है) कभी-कभी किसी को समय / पावर बजट (यानी लक्षित आवृत्ति / शक्ति पर डिजाइन का काम करना) पर निर्णय लेने में परेशानी हो सकती है। घड़ी की आवृत्ति कम करने के लिए बनाया गया है। यह निश्चित रूप से बचा हुआ है क्योंकि इसका मतलब है कि कुछ मार्केटिंग स्पेक्स न मिलना। लेकिन कुछ समय के लिए बाजार में तेजी लाने के लिए समझदार है तो फिर से नया काम करना जो इस स्तर पर वास्तव में महंगा और समय लेने वाला होगा।

लेकिन वहाँ अधिक है:

घ) कुछ समय घड़ी आवृत्ति निर्णय निर्माण के बाद किया जाता है (यदि डिजाइन में कुछ प्रावधान पहले से किए गए हैं)। विनिर्माण परिवर्तनशीलता के कारण कुछ चिप्स बेहतर हो जाते हैं तो अन्य। एक से अधिक बाइनिंग का प्रदर्शन किया जा सकता है - चिप्स को अधिकतम आवृत्ति के आधार पर छाँटें, जो मज़बूती से काम कर सकें और प्रीमियम पर तेज़ी से बेच सकें। मैं कहूंगा कि यह ज्यादातर पीसी प्रोसेसर विक्रेताओं द्वारा उपयोग किया जाता है।

ई) कभी-कभी तैयार चिप्स को बिजली बचाने के लिए अंतिम उपकरण में देखा जाता है (यूसी में लोकप्रिय) यदि आवश्यक प्रसंस्करण शक्ति कम है, तो चिप से अधिकतम अनुमत है।

च) कुछ आधुनिक डिजाइन में घड़ी को गतिशील रूप से समायोजित किया जा सकता है। फिर बिजली बचाने के लिए लोड के आधार पर फ़ील्ड में घड़ी बदली जाती है।

तृतीय। तो आवृत्ति कैसे चुनी जाती है और यह कम घड़ी में काम करने के लिए कुछ समय का डिज़ाइन क्यों होता है, में बड़ी प्रसंस्करण क्षमता होगी:

ओह बॉय इतने सारे वैरिएबल हैं इसलिए यह अपने आप में इंजीनियरिंग का अनुशासन है। आप विपणन आवश्यकताओं, प्रौद्योगिकी, लागत, ईएमआई, बिजली, समर्थित मानक, IO आवश्यकताओं आदि आदि में ले गए हैं ...

लेकिन मूल रूप से कोई भी इसका अनुसरण कर सकता है - दिए गए प्रदर्शन को प्राप्त करने के लिए तेज घड़ी हो सकती है (एक के बाद एक श्रृंखला में चीजें करें) या अधिक ट्रांजिस्टर का उपयोग करने की कीमत पर निचले घड़ी में समानांतर में चीजें करें। कुछ कारकों के कारण - मुख्य रूप से पाइपलाइन स्टाल / मेमोरी विलंबता कभी-कभी अधिक ट्रांजिस्टर का उपयोग करना बेहतर होता है फिर तेज घड़ी।


Mazurnification के 3 अंक में योगदान के रूप में, यहां आधुनिक माइक्रोप्रोसेसरों के बारे में "90 मिनट" मार्गदर्शिका है, और मेगाघर्ट्ज़ की तुलना में गति अधिक क्यों है: लाइटर्रा.com / papers / modernmicroprocessors यह बुनियादी तरीके से पाइपलाइनिंग और सुपरस्क्लेकर संरचना जैसी चीजें हैं।
आर्टुरो गुरोला

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एम्बेडेड क्षेत्र में, अक्सर माइक्रोकंट्रोलर के बाह्य उपकरणों के साथ बाधाओं के कारण एक विशिष्ट आवृत्ति को चुना जाता है। उदाहरण के लिए, एक 1.8432 मेगाहर्ट्ज क्रिस्टल (या 18.432 मेगाहर्ट्ज के रूप में इस आवृत्ति के कई) का उपयोग किया जा सकता है क्योंकि यह आधार आवृत्ति 16 परिणामों से विभाजित होकर एक UART के लिए 115,200 बॉड दर में परिणाम करती है। 32768 हर्ट्ज अक्सर कम-शक्ति वाले माइक्रोकंट्रोलर अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाता है क्योंकि यह आसानी से समय-रखने के लिए 1 हर्ट्ज से नीचे विभाजित होता है।

यहाँ विभिन्न क्रिस्टल आवृत्तियों और उनके मौजूद होने की एक सूची दी गई है । सूचीबद्ध "UART घड़ी" को अक्सर पहले दिए गए कारण के लिए माइक्रोकंट्रोलर के लिए चुना जाता है; विशिष्ट चुना गया BRG (बॉड दर जनरेटर) और वांछित बॉड दर (ओं) के सर्किट्री पर निर्भर करता है।


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वास्तव में, CMOS सर्किट द्वारा बिजली का वितरण स्थिर विद्युत खपत (रिसाव धाराओं के कारण) और गतिशील बिजली की खपत का एक योग है (केवल तब खपत होती है जब ट्रांजिस्टर तर्क स्थिति बदल रहे हैं)। उत्तरार्द्ध स्विचिंग आवृत्ति का एक कार्य है।

यहां एक उत्कृष्ट TI का एप्लिकेशन नोट है जो इसे और अधिक विवरणों में वर्णित करता है: http://focus.ti.com/lit/an/scaa035b/scaa035b.pdf

कहा कि, आमतौर पर कम घड़ी की आवृत्ति का चयन करना सबसे अच्छा विचार है। हालांकि, कभी-कभी उच्च घड़ी आवृत्ति का उपयोग करने के लिए यह अधिक समझ में आता है, इसलिए जैसे कि बाधा हैंडलर अपना कार्य तेजी से समाप्त कर सकता है, और इंटरप्ट के बीच सीपीयू को बिजली की बचत मोड में स्विच कर सकता है।


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जैसा कि ऊपर कहा गया है कि लोग गति बनाम बिजली व्यापार बंद करते हैं।

बाजार के उच्च प्रदर्शन के अंत में यह अधिक जटिल है - इंटेल मामले में प्रतिस्पर्धा के मुद्दे हैं - मैं सिलिकॉन को कितनी तेजी से चला सकता हूं? निर्भर करता है - एक निर्देश को निष्पादित करने के लिए कई घड़ियां लेता है - एक (बहुत) सरल उदाहरण के रूप में मैं एक 4 घड़ी / अनुदेश पाइपलाइन बनाने में सक्षम हो सकता हूं जो 1GHz पर घड़ियों और 6 घड़ी / अनुदेश पाइपलाइन है कि 1.25GHz पर घड़ियां मैं अभी भी रिटायर करूंगा हर घड़ी पर 1 निर्देश और 6 घड़ी / अनुदेश पाइप तेजी से होगा

वास्तविक दुनिया में हालांकि पाइप लाइन के बुलबुले जैसी चीजें होती हैं, अधिक पाइपलाइन चरणों में आपके पास अधिक घड़ियां होती हैं जब आपको पाइपलाइन को फिर से भरना पड़ता है - 4 घड़ी पाइप 6 घड़ी पाइप और औसत से अधिक तेजी से भर जाएगा (एक बड़े गुच्छा पर) बेंचमार्क) 6 क्लॉक पाइप 4 पाइप स्टेज डिजाइन के लिए 1.5 घड़ियों के साथ तुलना में हर निर्देश को रिटायर करने के लिए 2 घड़ियां ले सकता है - 4 स्टेज डिजाइन 6 स्टेज एक (1gHz / 1.5> 1.25GHz / 2) का प्रदर्शन करेगा।

निश्चित रूप से विपणन लोगों के लिए इस तरह की चीजें बेचना मुश्किल है - लोगों को "अधिक गीगाहर्ट्ज का मतलब तेज" करने के लिए उपयोग किया जाता है।


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एक अन्य विचार ईएमसी / ईएमआई है - विद्युत चुम्बकीय संगतता / विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप।

उदाहरण के लिए, उच्च गति वाले डिजिटल सिग्नल अनपेक्षित आरएफ (रेडियो फ्रीक्वेंसी - लॉन्ग-वेव से माइक्रोवेव तक) विकिरण बना सकते हैं जो लाइसेंस प्राप्त आरएफ उपयोग के लिए हस्तक्षेप का स्रोत हो सकता है। इसमें प्रसारण एएम (MW) रेडियो, टेलीविजन प्रसारण, सेलुलर फोन, जीपीएस रिसीवर और अन्य इलेक्ट्रॉनिक सर्किट शामिल हैं।

वास्तव में उच्च गति पर, मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी) पर लंबे (तांबे) निशान, प्रसारण और प्राप्त करने दोनों के लिए एंटेना के रूप में कार्य कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, एक खराब रखी गई सर्किट आसानी से पर्याप्त हस्तक्षेप प्राप्त कर सकती है यदि एक मोबाइल फोन एक सिस्टम को क्रैश करने के लिए सर्किट बोर्ड के बहुत करीब है।

उपग्रहों को भी आयनीकृत विकिरण (यानी गामा कणों) पर विचार करना होगा, एक समाधान के लिए विकिरण कठोर आईसी का उपयोग करने की आवश्यकता होती है जो केवल विनिर्माण प्रक्रिया के कारण सीमित गति से काम कर सकते हैं।

इस वजह से वाणिज्यिक उत्पादों को सामान्य बाजार में बेचने की अनुमति देने से पहले EMC / EMI परीक्षण से गुजरना पड़ता है।

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