Od jakiegoś czasu byłem ciekawy ... i zastanawiałem się, czy istnieją komponenty, które zapewniają zegary znacznie szybsze niż typowy procesor, na przykład do 10 GHz lub więcej.

Oscylatory optoelektroniczne (OEO) to oscylatory, które pobierają sygnał fotoniczny, podobnie jak laser pompujący, modulują go i przekształcają na sygnał elektryczny za pomocą fotodiody. Sygnały generowane przez te OEO mają niezwykle wysoki współczynnik Q, a tym samym bardzo niski jitter. Oto diagram OEO, zaczerpnięty z tego przeglądu OEO. Skupiamy się tutaj na bardzo wysokiej stabilności, a nie na wyjściu o wysokiej częstotliwości. Ale są też OEO, które osiągają wysokie częstotliwości, na przykład to OEO z podwójną pętlą osiąga zakres strojenia od 32 do 42,7 GHz.

Oprócz oscylatorów fotonicznych, syntezatory częstotliwości mogą dostarczać zegary powyżej 10 GHz. Jak wspomniały inne odpowiedzi, mogą one osiągać częstotliwości znacznie powyżej 10 GHz. Na przykład Analog Devices produkuje syntezator częstotliwości, który generuje częstotliwości do 13,6 GHz. Ponadto syntezatory generują częstotliwości dla generatorów sygnału, takich jak ten, które mogą osiągnąć 67 GHz.

Oto krótki przegląd syntezatorów, jeśli chcesz przeczytać

Syntezator składa się z PLL (który zawiera VCO), a czasami także mikrokontrolera jako środka do cyfrowego dostosowania PLL.

Cytując z Samouczek Analog Devices dotyczący PLL:

Pętla z synchronizacją fazową to system sprzężenia zwrotnego łączący VCO i komparator fazy tak połączone, że oscylator utrzymuje stały kąt fazowy względem odniesienia sygnał. Pętle z synchronizacją fazy mogą być używane, na przykład, do generowania stabilnych wyjściowych sygnałów o wysokiej częstotliwości ze stałego sygnału o niskiej częstotliwości.

VCO (oscylator sterowany napięciem) to obwód generujący częstotliwość wyjściową kontrolowaną przez napięcie strojenia. Jednym ze sposobów zaimplementowania VCO jest przyłożenie napięcia strojenia do waraktorów, które dostosowuje pojemność zbiornika LC w obwodzie i generuje inną częstotliwość.

Zasadniczo PLL jest używany do generowania in- wielokrotność fazy niższej częstotliwości odniesienia. Służą do taktowania konwerterów danych, które mogą współpracować z wieloma GSPS, a także procesorami.

Oprócz PLL istnieje wiele różnych oscylatorów kwarcowych (TCXO, OCXO, Sapphire Oscillators, Oscylatory zdyscyplinowane GPS, itp.). Jednak w przeciwieństwie do syntezatorów, generują stałą częstotliwość. Są one zwykle projektowane z myślą o bardzo niskim poziomie szumów fazowych i długoterminowej stabilności, a nie wysokich częstotliwościach wyjściowych. Ze względu na te cechy są często używane jako odniesienie dla PLL.

Nie wiem o wysokich częstotliwościach, ale na LeapSecond.com jest schludny zestaw slajdów, który przedstawia podróż w stylu Powers of Ten przez różne poziomy dokładności w standardach pomiaru czasu . Oto lista z dokładnością dla każdego elementu w sekundach. Być może inni mogą edytować tę odpowiedź, aby wypełnić inne urządzenia elektroniczne.

• \ $ 10 ^ {- 1} \ $ (10%): Bicie ludzkiego serca
• \ $ 10 ^ {-2} \ $ (1%): Oscylator kamertonu
• \ $ 10 ^ {- 3} \ $ (0,1%): Precyzyjny kamerton
• \ $ 10 ^ {- 4} \ $ (100 ppm): Oscylator mechaniczny
• \ $ 10 ^ {- 5} \ $ (10 ppm): Prąd zmienny z sieci (powyżej 1 sekundy, średnia długoterminowa jest lepsza)
• \ $ 10 ^ {- 6} \ $ (1 ppm): kwarcowy oscylator kwarcowy
• \ $ 10 ^ {- 7} \ $ (100 ppb): chronometr marynarki wojennej z lat 40. XX wieku (wygląda jak fantazyjny zegar ścienny)
• \ $ 10 ^ {- 8} \ $ (10 ppb): nowoczesny zegar wahadłowy
• \ $ 10 ^ {- 9} \ $ (1 ppb) : Obrót Ziemi
• \ $ 10 ^ {- 10} \ $: Oscylator kwarcowy sterowany piekarnikiem (OCXO)
• \ $ 10 ^ {- 11} \ $: Dobre OCXO
• \ $ 10 ^ {- 12} \ $: Doskonały OCXO
• \ $ 10 ^ {- 13} \ $: Oscylator rubidowy
• \ $ 10 ^ {- 14} \ $: Oscylator cezu (krótkotrwały) lub kwarc BVA (ekstremalnie krótkotrwały)
• \ $ 10 ^ {- 15} \ $: Maser wodoru (krótkotrwały) lub oscylator cezu (długoterminowy)

Oczywiście dokładność nie jest to samo co precyzja. Maser wodorowy brzmi naprawdę ekscytująco, dopóki nie zdasz sobie sprawy, że oscyluje tylko przy 1,4 GHz. Dokładny wzorzec częstotliwości to tylko część obrazu. Ponadto niektóre z tych oscylatorów osiągają najlepszą wydajność dopiero po długim okresie nagrzewania. Niektórzy cierpią z powodu długotrwałego dryfu.

mierzenie różnic czasu odbioru fal radiowych

Jest to związane z interferometrią , prawda? Zwykle robi się to nie tyle przez pomiar czasu nadejścia sygnałów za pomocą jakiegoś szybkiego stopera, ale przez pomiar różnic faz. Jeśli masz sygnał 1 GHz i możesz zmierzyć jego fazę z dokładnością do 1%, jest to w rzeczywistości bardziej przydatne niż zegar próbkowy 10 GHz.

istnieją komponenty, które zapewniają zegary znacznie szybsze niż typowy procesor, na przykład do 10 GHz lub więcej.

Jak wspomniano w innych odpowiedziach, obecnie możliwe jest uzyskać półprzewodnikowe VCO o częstotliwości wyjściowej w zakresie 20-30 GHz. Aby zapewnić stabilność, oscylatory te zwykle muszą być używane w pętli fazowej (PLL) w odniesieniu do oscylatora kwarcowego o wysokiej stabilności przy niższej częstotliwości (powszechne jest 50-200 MHz).

duża prędkość projekty, takie jak pomiar różnic czasu odbioru fal radiowych

Niestety, jeśli chcesz zmierzyć różnicę czasu między dwoma zdarzeniami, oscylator wysokiej częstotliwości niekoniecznie jest największym wyzwaniem. Samo zaprojektowanie systemu pomiarowego tak, aby sygnał zegarowy docierał do dwóch obwodów pomiarowych z tym samym opóźnieniem (lub ze znaną różnicą w opóźnieniach), jest trudniejsze niż znalezienie oscylatora 20 GHz. Zaprojektowanie obwodów próbki tak, aby reagowały na bodziec wejściowy ze stałym opóźnieniem, to kolejne wyzwanie.

Bez większych problemów można kupić komercyjne oscylatory, które działają do 6+ Ghz.

Można wytwarzać oscylatory o wyższych częstotliwościach, ale generalnie muszą one być zaprojektowane do określonego zastosowania, ponieważ samo opakowanie urządzenia zaczyna stwarzać problemy przy bardzo wysokich częstotliwościach.

Ogólnie rzecz biorąc, tego rodzaju oscylatory nie są tak precyzyjne, przynajmniej same w sobie. Zwykle są one używane w czymś, co nazywa się pętla z synchronizacją fazową, która wykorzystuje oscylator o niższej częstotliwości i wysokiej precyzji do „dyscyplinowania” oscylatora o wyższej częstotliwości, porównując fazę dwóch zegarów to porównanie w celu modulacji napięcia sterującego do VCO.

Możliwe jest również pomnożenie niższej częstotliwości do wyższej częstotliwości, co może pozwolić na bardziej złożone części systemu oscylatora (VCO), aby działał z bardziej przystępną (i testowalną) częstotliwością, jednocześnie mając wyjście wysokiej częstotliwości.

Gdy częstotliwość staje się jeszcze wysoka, systemy oscylatorów stają się jeszcze bardziej egzotyczne:

• Oscylator YIG
• Rezonatory dielektryczne
• Kilka zdjęć dielektryka Oscylator rezonatora (DRO)