Cómo conectar un oscilador de cristal de 4MHZ para obtener 16MHZ

Question

Tengo 10 osciladores de cristal de 4 MHZ. Necesito una señal de reloj de 16MHZ. ¿Puedo conectar varios osciladores de 4MHZ de alguna manera (en serie, en paralelo) para obtener 16MHZ?

Answer 1

No, conectándolos en serie o en paralelo no conseguirás una mayor frecuencia.

Lo que buscas es un Bucle de bloqueo de fase o PLL. Aquí hay un diagrama de bloques:

Un oscilador controlado por tensión (VCO) genera la frecuencia de salida. Esta señal se divide y se compara con la frecuencia de entrada en el detector de fase. Si las dos frecuencias no son iguales, se ajusta la frecuencia de salida. Esto se llama bucle de retroalimentación: se retroalimenta la frecuencia de salida para ajustarla.

El pre-divisor le permite multiplicar la frecuencia de entrada por un número de punto flotante. Por ejemplo, cuando se quiere multiplicar por 2,5=5/2, primero se divide la frecuencia de entrada por 2 y luego se multiplica por 5.

Hay CIs disponibles que tienen un PLL implementado, como el LM565 . En la página 10 de la hoja de datos se ofrece un circuito de aplicación típico para un multiplicador ×10:

Cambiando el divisor de tensión (el CI externo) puedes convertirlo en un multiplicador ×4.

Implementar un PLL costará algo de esfuerzo y espacio: considera la posibilidad de comprar un nuevo cristal.

Answer 2

Conectando osciladores de cristal en serie o en paralelo no conseguirás una frecuencia más alta.

Dado que 16 MHz es un frecuencia del cristal común Los cristales de 16 MHz son relativamente baratos, por lo que probablemente lo más sencillo en este caso sea comprar un nuevo cristal de 16 MHz.

Hay casos en los que no es posible conseguir un cristal de la frecuencia deseada: a veces, la frecuencia exacta que se desea no es una frecuencia "común", por lo que los cristales de esa frecuencia exacta son "cristales de frecuencia personalizada", caros y con un largo plazo de entrega; o quizás se desea una frecuencia superior a 50 MHz: los cristales fundamentales son difíciles o imposibles de fabricar a frecuencias tan altas.

Para obtener una frecuencia deseada cuando no se puede conseguir un cristal fundamental a esa frecuencia, hay 7 enfoques populares:

• Accionar algún cristal "común" en uno de sus modos de sobretono que se producen cerca de los múltiplos Impares de su frecuencia de resonancia fundamental. Este circuito oscilador de "sobretono" incluye un filtro LC para seleccionar sólo el sobretono deseado.
• Acciona un cristal "común" en el circuito normal del oscilador fundamental. A continuación, conecte la salida del oscilador a la entrada de un multiplicador de frecuencia . (A veces se utiliza un rectificador de onda completa para hacer un duplicador de frecuencia).
• Construir algunos oscilador sin un cristal y tratar de sintonizarlo manualmente para que funcione a la frecuencia deseada.
• Construir algún oscilador sin cristal, y utilizar un sintetizador fraccional-N (una especie de bucle de bloqueo de fase PLL) para sintonizarlo automáticamente a una frecuencia con una relación N/M veces la frecuencia de un cristal separado en un circuito oscilador fundamental normal.
• Construye un oscilador sin cristal y utiliza un sintetizador entero-N (una especie de bucle de bloqueo de fase PLL) para sintonizarlo automáticamente a una frecuencia en algún múltiplo entero N de la frecuencia de un cristal separado en un circuito oscilador fundamental normal.
• Acciona un cristal "común" en el circuito normal del oscilador fundamental. A continuación, utilice algún tipo de divisor de frecuencia para generar una frecuencia a unas 1/N veces la frecuencia del cristal.
• Acciona un cristal "común" en el circuito normal del oscilador fundamental. A continuación, utilice algún tipo de http://en.wikipedia.org/wiki/dual-modulus_prescaler para generar una frecuencia en alguna relación N/M veces la frecuencia del cristal.

Answer 3

Un enfoque que puede funcionar razonablemente bien en algunos contextos para duplicar una señal de reloj de onda cuadrada limpia es XOR la señal de reloj con una versión ligeramente retrasada de sí mismo. Si, por ejemplo, se empieza con una señal de onda cuadrada que tiene 120us de alto y 130us de bajo (nominalmente cuadrada, pero en realidad un poco desviada), y se utiliza un retardo de 50us, se obtendría una onda que, durante cada intervalo de 250us, sería alta durante 50us, baja durante 70, alta durante 50, baja durante 80. No es exactamente una señal limpia de 8MHz, pero es suficiente para muchos propósitos. Si toda la sincronización se produce en el flanco ascendente del reloj (como es bastante común), la longitud del retardo no importará, siempre que sea al menos igual al tiempo alto mínimo requerido, y siempre que cuando se sume al tiempo bajo mínimo requerido el resultado no exceda el tiempo alto o bajo más corto de la señal original.

El enfoque mencionado anteriormente es bastante bueno para duplicar la frecuencia de una señal de reloj de onda cuadrada limpia y simétrica. Tal señal, dará una salida limpia pero algo no simétrica. Si se intenta hacer pasar la salida de un circuito de este tipo por otro, generalmente se obtendrá una salida que probablemente tendrá un aspecto significativo de "putt putt [pausa] putt putt [pausa]".

Si uno quiere hacer algo más que el doble de una frecuencia, puede ser posible utilizar múltiples retardos junto con una puerta XOR de varias entradas o una secuencia en cascada de las mismas, de tal manera que cada borde de la señal de entrada genere una secuencia rápida de pulsos. Por ejemplo, si se partiera de una onda de 4MHz y se quisieran 32Mhz, se podría hacer que cada flanco nominalmente de 125ns en la señal original generara una secuencia de cuatro pulsos de 30ns de encendido y 30ns de apagado. La salida no sería muy suave o uniforme, pero habría precisamente ocho pulsos en cada intervalo de 250ns.

Estos circuitos "putt-putt-wait" producen una salida que no es tan limpia como la de un PLL, pero tienen una ventaja significativa: cuando un PLL se pone en marcha, puede tardar cientos de microsegundos en estabilizarse antes de que su salida sea utilizable. En cambio, la salida de un circuito de espera de putt putt puede ser utilizable en un microsegundo desde que se pone en marcha. En consecuencia, estos circuitos pueden ser muy útiles en los casos en los que es necesario realizar una secuencia rápida de operaciones cada vez que cambia una entrada y no hay otro reloj en funcionamiento. Si se utiliza un PLL que se pone en marcha con frecuencia, se ejecuta muy brevemente y se detiene, se podría gastar más energía esperando a que se estabilice en cada arranque, que la que se gastaría realmente en ejecutar antes de que el PLL se apague de nuevo. Por el contrario, un sistema "putt-putt-wait" podría ser razonablemente eficiente incluso si se ejecutara durante menos de una docena de ciclos después de cada despertar.