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¿Qué componentes o circuitos que puede proporcionar una velocidad extremadamente alta, precisa relojes?

He tenido curiosidad por un tiempo ahora se trata de hacer algunos de alta velocidad de proyectos, tales como la medición de las diferencias de tiempo de recepción de ondas de radio, y me estaba preguntando si existe componentes que proporcionan los relojes mucho más rápido que un típico CPU puede, por ejemplo, hasta 10 GHz o superior. El más rápido de los relojes que he utilizado es el CLOCK_MONOTONIC en linux, con una precisión de 1 nanosegundo. Esto también me hace preguntarme por qué no hay un reloj exacto de la velocidad real de mi procesador, produciendo junto a más del doble de esa velocidad.

Ampliando aún más en eso, ¿qué método se utiliza para crear esos relojes? Y ¿cómo pueden estos relojes pueden conectarse con otros circuitos? Realmente hay analógicos o digitales circuitos que pueden funcionar a esa velocidad?

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John Fu Puntos 815

He tenido curiosidad por un tiempo ahora ... y me estaba preguntando si existe componentes que proporcionan los relojes mucho más rápido que un típico CPU puede, por ejemplo, hasta 10 GHz o superior.

Opto-electrónicos de los Osciladores (OEOs) son osciladores que tomar una fotónico de la señal, como una bomba láser, modular, y convertirla en una señal eléctrica mediante un fotodiodo. Las señales generadas por estos OEOs extremadamente alto factor Q y por lo tanto de muy baja vibración. Aquí está un diagrama de un OEO, tomado a partir de esta visión general de los OEOs. Aquí el enfoque está en la ultra-alta estabilidad, no una salida de alta frecuencia. Pero, también hay OEOs que lograr altas frecuencias, por ejemplo esta de doble bucle OEO logra un rango de sintonía de 32 a 42.7 GHz.

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Además de fotónicos osciladores, los sintetizadores de la frecuencia puede proporcionar relojes por encima de 10 GHz. Como otras respuestas han mencionado, estos pueden alcanzar frecuencias por encima de 10 GHz. Por ejemplo, los Dispositivos Analógicos hace un sintetizador de frecuencia que genera frecuencias de hasta 13.6 GHz. Además, los sintetizadores generar el ferquencies para una generadores de señal, tales como este, que puede llegar a los 67 años GHz.


He aquí una breve descripción de los sintetizadores si usted desea leer.

Un sintetizador se compone de un PLL (que contiene un VCO), y a veces también un microcontrolador como un medio de ajuste de la PLL digital.

Citando una Analog Devices tutorial sobre Pll:

Un lazo fase-bloqueado es un sistema de retroalimentación de la combinación de un VCO y un comparador de fase conectado, de manera que el oscilador mantiene constante el ángulo de fase relativo a una señal de referencia. Fase de bucles de enganche puede ser utilizado, por ejemplo, para generar una producción estable de alta frecuencia de las señales desde un punto fijo de baja frecuencia de la señal.

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Un VCO (Oscilador Controlado por Voltaje) es un circuito que genera una frecuencia de salida controlado por un ajuste de la tensión. Una forma de implementar un VCO es aplicar la optimización de voltaje a varactors, que ajusta la capacidad del tanque LC en el circuito y genera una frecuencia diferente.

Básicamente, un PLL se utiliza para generar una fase múltiples de una menor frecuencia de referencia. Se utiliza para el reloj de convertidores de datos, que puede llegar hasta varios GSPS, y el Cpu también.

Además de Pll, hay una gran variedad de osciladores de cristal (Tcxo, OCXOs de Zafiro, Osciladores, GPS disciplinada, Osciladores, etc.). Sin embargo, a diferencia de los sintetizadores, la salida de frecuencia fija. Por lo general son diseñados para ultra-bajo ruido de fase y estabilidad a largo plazo, no de alta frecuencias de salida. Debido a estas características, a menudo se utilizan como referencia para el Pll.

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Al pacino Puntos 415

Estoy no sé acerca de las frecuencias altas, pero hay un prolijo conjunto de diapositivas en LeapSecond.com que se va en Potencias de Diez estilo de viaje a través de varios niveles de precisión en el cronometraje de las normas. Aquí está la lista con la precisión para cada ítem en cuestión de segundos. Tal vez otros puedan editar esta respuesta para llenar en otros dispositivos electrónicos.

  • \$10^{-1}\$ (10%): Humanos latido del corazón
  • \$10^{-2}\$ (1%): tenedor de ajuste del oscilador
  • \$10^{-3}\$ (0.1%): ajuste de Precisión de la horquilla
  • \$10^{-4}\$ (100 ppm): Mecánica del oscilador
  • \$10^{-5}\$ (10 ppm): la Red de electricidad AC (más de 1 segundo, el promedio a largo plazo es mejor)
  • \$10^{-6}\$ (1 ppm): reloj de Cuarzo oscilador de cristal
  • \$10^{-7}\$ (100 ppb): 1940 Marina Cronómetro (tiene el aspecto de un elegante reloj de pared)
  • \$10^{-8}\$ (10 ppb): High-tech reloj de péndulo
  • \$10^{-9}\$ (1 ppb): rotación de la Tierra
  • \$10^{-10}\$: Horno controlado oscilador de cristal (OCXO)
  • \$10^{-11}\$: Bueno OCXO
  • \$10^{-12}\$: Excelente OCXO
  • \$10^{-13}\$: Oscilador de rubidio
  • \$10^{-14}\$: Oscilador de cesio (a corto plazo) o BVA cuarzo (muy corto plazo)
  • \$10^{-15}\$: Máser de hidrógeno (a corto plazo) o el oscilador de cesio (a largo plazo)

Por supuesto, la precisión no es la misma como la precisión. El máser de hidrógeno suena muy emocionante, hasta que te das cuenta de que sólo oscila con una frecuencia de 1.4 GHz. Una precisión de la frecuencia estándar es sólo parte de la imagen. Además, algunos de estos osciladores sólo alcanzar su mejor rendimiento después de un largo período de calentamiento. Algunos sufren de deriva a largo plazo.

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jns Puntos 449

la medición de las diferencias de tiempo de recepción de ondas de radio

Esto está relacionado con la interferometría, ¿no? Que tiende a ser hecho no tanto por medir el tiempo de llegada de las señales contra un rápido cronómetro de algún tipo, pero mediante la medición de las diferencias de fase. Si usted tiene un procesador de 1 ghz de la señal y puede medir su fase dentro del 1%, que en realidad es más útil que un 10GHz reloj de muestreo.

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RWH Puntos 21

existe componentes que proporcionan los relojes mucho más rápido que un típico CPU puede, por ejemplo, hasta 10 GHz o superior.

Como se ha mencionado en otras respuestas, actualmente es posible obtener semiconductores Vco con la frecuencia de salida en el 20-30 gama de los GHz. Para la estabilidad, estos osciladores normalmente se necesita para ser usado en un bucle enganchado en fase (PLL) hace referencia a un cristal de alta estabilidad del oscilador a una frecuencia más baja (50 a 200 MHz es común).

de alta velocidad de proyectos, tales como la medición de las diferencias de tiempo de recepción de ondas de radio

Desafortunadamente, si usted desea medir la diferencia de tiempo entre dos eventos, una alta frecuencia de un oscilador no es necesariamente el más grande desafío. Simplemente el diseño de su sistema de medición de modo que la señal de reloj llega a dos circuitos de medida con el mismo retraso (o con una diferencia conocida en retrasos) es más difícil que buscar un 20 GHz oscilador. El diseño de la muestra, de los circuitos de reaccionar ante el estímulo de entrada con retraso consistente es otro desafío.

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Stephen Denne Puntos 218

Usted puede comprar comercial osciladores que ejecutar hasta 6+ Ghz sin demasiados problemas.

Mayor frecuencia de los osciladores se pueden hacer, pero por lo general tienen que ser diseñados para un uso específico, porque sólo el embalaje del dispositivo empieza a ser problemático en frecuencias muy altas.

En general, estos tipos de osciladores no son precisos, al menos por sí mismos. Por lo general están ocupados en algo que se llama un bucle enganchado en fase, que utiliza una frecuencia más baja, de alta precisión del oscilador a la "disciplina" de la mayor frecuencia del oscilador, mediante la comparación de la fase de los dos relojes, y el uso que de la comparación de modular la tensión de control del VCO.

También es posible multiplicar una frecuencia menor a una mayor frecuencia, lo que puede permitir la más compleja de las partes de un oscilador sistema (VCO) para que se ejecute en un más accesible (y comprobable) de la frecuencia, mientras que todavía tiene una salida de alta frecuencia.


Como la frecuencia es aún alta, el oscilador de sistemas se vuelven aún más exótico:

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