¿Qué es un Generador de Reloj?
Un generador de reloj es un circuito que genera relojes de múltiples frecuencias a partir de una única fuente de señal de reloj. El rango de frecuencias que se suele generar va de unos pocos KHz a varios GHz.
Usos de los Generadores de Reloj
Los generadores de reloj se utilizan principalmente en las siguientes aplicaciones:
1. CPUs
Los generadores de reloj se utilizan con mayor frecuencia en la CPU, que constituye el corazón del ordenador, donde se encuentra un gran número de registros y otros elementos de almacenamiento, a cada uno de los cuales se conecta una señal de reloj generada por el generador de reloj.
En función del tick de la señal de reloj, la salida de cada elemento de almacenamiento pasa por varios circuitos de operaciones lógicas y aritméticas y se introduce en la siguiente etapa de elementos de almacenamiento. Esta estructura de circuitos se conoce como circuito síncrono, y el generador de reloj activa el funcionamiento de este circuito síncrono y es responsable de la sincronización.
2. Dispositivos Digitales
Los generadores de reloj se utilizan no sólo en las CPUs, sino también en dispositivos digitales como televisores, smartphones y DVDs, así como en electrodomésticos en general y en equipos industriales controlados por microcontroladores.
El reloj se encarga de transmitir la temporización a los distintos dispositivos electrónicos, que funcionan como un todo realizando sus respectivas operaciones en función de esa temporización. Los generadores de reloj, capaces de oscilar señales con precisión en una amplia banda de frecuencias. Son dispositivos indispensables para el funcionamiento de diversos equipos electrónicos.
En los últimos años, la demanda de vídeo y música de alta calidad ha aumentado, y se han comercializado generadores de reloj caros y de alta calidad para satisfacer tales necesidades. En particular, cuando se intercambian datos entre dispositivos con frecuencias de muestreo diferentes, es necesario sincronizar los dispositivos mediante un generadorde reloj para evitar la contaminación acústica debida a la falta de datos.
Principio de los Generadores de Reloj
Un generador de reloj se compone esencialmente de un circuito de resonancia y un circuito de amplificación.
En el circuito de resonancia, se utilizan comúnmente osciladores de cristal. Estos osciladores también se emplean en los relojes de cuarzo y funcionan gracias al efecto piezoeléctrico, donde el cristal produce una oscilación a una frecuencia natural cuando se le aplica una tensión. La frecuencia natural varía según las características físicas del cristal, como su forma y sección transversal, pero es posible obtener un oscilador con la frecuencia requerida utilizando cristales sintéticos de alta pureza.
La forma de onda de la oscilación es sinusoidal, pero se transforma en una onda cuadrada para su uso en circuitos digitales dentro de los generadores de reloj. En este generador, se emplea un circuito divisor de frecuencia y un circuito multiplicador para obtener una señal de reloj con una frecuencia M/N veces mayor que la frecuencia original (donde M y N son números naturales). Posteriormente, dicha señal se amplifica a través de un circuito amplificador y se emite para su uso.
¿Cómo Elegir un Generador de Reloj?
Los generadores de reloj difieren no sólo en el rango de frecuencias que generan, sino también en la tensión de alimentación y el tiempo de subida/bajada de la onda cuadrada, que deben seleccionarse en función del uso previsto.
Uno de estos puntos es el jitter del reloj. El jitter del reloj es la fluctuación de cada onda cuadrada en la dirección del eje temporal y es un indicador de la capacidad del reloj para seguir transmitiendo una frecuencia ordenada, por lo que debe tener un jitter bajo.
El jitter puede medirse en términos de jitter entre flancos ascendentes, jitter entre flancos descendentes, etc., y puede analizarse en función de la aplicación en busca de un sistema de mayor calidad.
Más Información sobre los Generadores de Reloj
Una tecnología emergente son los generadores de reloj que utilizan osciladores MEMS – Los MEMS (en inglés: Micro Electro Mechanical Systems) son dispositivos que integran diminutos componentes mecánicos, sensores, circuitos electrónicos, etc. en un único sustrato y se fabrican aplicando la tecnología de microfabricación de semiconductores MEMS.
A diferencia de los cristales, que tienen una frecuencia intrínseca, los osciladores MEMS tienen la ventaja de que la frecuencia puede programarse en la fase final del proceso de fabricación, lo que reduce costos y plazos. Además, al incorporar un sensor de temperatura en su interior, los cambios en las características de temperatura pueden suprimirse mejor que con los cristales de cuarzo, y se dice que los osciladores MEMS son superiores a los de cristal en cuanto a calidad y fiabilidad.