Qu’est-ce qu’un générateur d’horloge ?
Un générateur d’horloge est un circuit qui génère des horloges de fréquences multiples à partir d’un signal d’horloge source unique. La gamme de fréquences typiquement générée va de quelques KHz à plusieurs GHz.
Utilisations des générateurs d’horloge
Les générateurs d’horloge sont principalement utilisés dans les utilisations suivantes :
1. Processeurs
Les générateurs d’horloge sont le plus souvent utilisés dans l’unité centrale, qui constitue le cœur de l’ordinateur, où se trouvent un grand nombre de registres et d’autres éléments de stockage, à chacun desquels est connecté un signal d’horloge généré par le générateur d’horloge.
En fonction de la fréquence du signal d’horloge, la sortie de chaque élément de stockage passe par divers circuits d’opérations logiques et arithmétiques et est introduite dans l’étape suivante des éléments de stockage. Cette structure de circuit est connue sous le nom de circuit synchrone, et le générateur d’horloge déclenche le fonctionnement de ce circuit synchrone et est responsable de la synchronisation.
2. Dispositifs numériques
Les générateurs d’horloge sont utilisés non seulement dans les unités centrales de traitement, mais aussi dans les appareils numériques tels que les téléviseurs, les smartphones et les DVD, ainsi que dans les appareils ménagers en général et les équipements industriels contrôlés par des microcontrôleurs.
L’horloge est chargée de transmettre la synchronisation aux différents appareils électroniques, qui fonctionnent comme un tout en effectuant leurs opérations respectives en fonction de cette synchronisation. Les générateurs d’horloge, qui peuvent faire osciller avec précision des signaux sur une large bande de fréquence, sont des dispositifs indispensables au fonctionnement de divers équipements électroniques.
Ces dernières années, la demande de vidéos et de musique de haute qualité a augmenté, et des générateurs d’horloge coûteux et de haute qualité ont été commercialisés pour répondre à ces besoins. En particulier, lorsque des données sont échangées entre des appareils ayant des fréquences d’échantillonnage différentes, il est nécessaire de synchroniser les appareils à l’aide d’un générateur d’horloge afin d’éviter une contamination par le bruit due à des données manquantes.
Principe des générateurs d’horloge
Un générateur d’horloge se compose essentiellement d’un circuit de résonance et d’un circuit d’amplification.
Les oscillateurs à cristaux sont souvent utilisés comme circuits de résonance. Les oscillateurs à cristaux sont également utilisés dans les horloges à quartz et utilisent l’effet piézoélectrique, par lequel le cristal produit une sortie oscillante avec une fréquence naturelle lorsqu’une tension est appliquée. La fréquence naturelle varie en fonction des caractéristiques physiques du cristal, telles que sa forme et la section de cristal dans laquelle il est taillé, mais un oscillateur ayant la fréquence naturelle requise peut être obtenu en utilisant un cristal synthétique cristallisé à un haut degré de pureté.
La forme d’onde de l’oscillation est une onde sinusoïdale, qui est transformée en onde carrée pour être utilisée dans les circuits numériques des générateurs d’horloge. Dans le générateur, un circuit diviseur de fréquence et un circuit multiplicateur génèrent un signal d’horloge d’une fréquence M/N fois la fréquence d’origine (M et N sont des nombres naturels), qui est amplifié par un circuit amplificateur et émis.
Comment choisir un générateur d’horloge ?
Les générateurs d’horloge se distinguent non seulement par la gamme de fréquences qu’ils génèrent, mais aussi par la tension d’alimentation et le temps de montée/descente de l’onde carrée, qui doivent être choisis en fonction de l’utilisation prévue.
L’un de ces points est la gigue d’horloge. La gigue d’horloge est la fluctuation de chaque onde carrée dans la direction de l’axe du temps et est un indicateur de la manière dont l’horloge continue à transmettre une fréquence ordonnée, elle doit donc avoir une faible gigue.
La gigue peut être mesurée en termes de gigue entre les fronts montants, de gigue entre les fronts descendants, etc., et peut être examinée en fonction de l’utilisation afin d’obtenir un système de meilleure qualité.
Informations complémentaires sur les générateurs d’horloge
Les générateurs d’horloge utilisant des oscillateurs MEMS constituent une technologie émergente. Les MEMS (en anglais : Micro Electro Mechanical Systems) sont des dispositifs qui intègrent de minuscules composants mécaniques, des capteurs, des circuits électroniques, etc. sur un seul substrat et sont créés en appliquant la technologie de microfabrication des semi-conducteurs. MEMS.
Contrairement aux cristaux, qui ont une fréquence intrinsèque, les oscillateurs MEMS présentent l’avantage de pouvoir être programmés à la dernière étape du processus de fabrication, ce qui permet de réduire les coûts et les délais. De plus, l’incorporation d’un capteur de température à l’intérieur permet de supprimer les variations de température mieux qu’avec les cristaux de quartz, et les oscillateurs MEMS sont considérés comme supérieurs aux oscillateurs à cristaux en termes de qualité et de fiabilité.