时钟与传感器简述

作者: ECBC_zsy
上传时间为: 2015-05-22 02:54 PM
2015-05-22
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时钟和传感器在电子产品中非常重要,时钟提供动力,传感器用来感知和连接外围世界,今天就来和大家聊聊这两类电子元器件。

一.时钟

相信大家都知道,我们所有的处理器等CPU没有时钟就不能工作,对于处理器而言,时钟就像人体的心脏,为其提供动力。那么常见的处理器的时钟来源有哪些呢?下面我们就来聊一聊,查阅资料后,总结出主要有以下四种:

下面分别介绍这四种时钟来源

1.晶振

先来看一看晶振长啥样,下面是一张各种晶振和晶体的图片

晶振的原理是压电原理,下面是一个我归纳总结的分类,尤其我想强调的是晶振和晶体的区分,我相信很多电子工程师和爱好者可能都不太清楚,看了下面这个图片,相信大家都会明白了:

在我们选用晶振时主要关注以下几种参数:

常见的晶振型号有:

下面给大家介绍一些晶振在实际运用中的注意事项:

(一)选型

(1)对于低功耗(尤其是休眠功能)时考虑在低电压能否起振;

(2)关键参数选择:温度范围,调整偏差,温度偏差,激励功率…;

(二)布局:

(1)晶体摆放要尽可能靠近微处理器的XIN、XOUT引脚;

(2)晶体周边最好不要放置大功率、发热元件;

(3)晶体周边尽可能不要放置高速数字元器件;

(4)晶体摆放尽可能远离PCB板边缘(防静电需要);

(三)布线:

(1)晶振回路布线要尽可能短;

(2)应当在晶体振荡回路合适的地方屏蔽(覆铜);

(3)不允许在晶体回路周围、及其底下走信号线(特别是数字信号线),并且应该覆铜;

(4)晶体外壳最好可靠接地

2.DDS

原理:直接数字合成(Direct Digital Synthesizer,简称DDS)是一种数字电子方式,它从一个单一(或混合)的频率源中产生任意波形和频率。

下面以一款AD公司的DDS芯片AD9850来介绍原理:

DDS芯片中主要包括频率控制寄存器、高速相位累加器和正弦计算器三个部分(如Q2220)。频率控制寄存器可以串行或并行的方式装载并寄存用户输入的频率控制码;而相位累加器根据频率控制码在每个时钟周期内进行相位累加,得到一个相位值;正弦计算器则对该相位值计算数字化正弦波幅度(芯片一般通过查表得到)。DDS芯片输出的一般是数字化的正弦波,因此还需经过高速D/A转换器和低通滤波器才能得到一个可用的模拟频率信号。

下面是AD公司的一些DDS芯片,以便大家比较选用:

3.PLL

定义:一种基于输入信号与输入信号反馈给振荡控制器的信号之间的相位差的闭环频率控制系统.

下面以Altera FPFG 芯片内的PLL为例讲解分频与倍频原理:

主要组成部分:鉴相器(PFD),电荷泵,回路滤波器,压控振荡电路(VCO),计数器(反馈技术器M,预分频技术器N,后分频C).

在每个参考时钟的上升沿将通过鉴相器(PFD) 产生一个反馈时钟信号.PFD检测参考时钟与反馈时钟之间的频率差以及相位差并产生”up”或”down”的控制信号.环路滤波将”up””down”信号准换为压控信号传递给压控振荡器.并控制压控振荡器的振荡频率.如果PFD产生的是”up”信号,VCO将提高振荡频率,相反减少振荡频率.直到参考时钟信号与反馈时钟信号具有相同的振荡频率以及相位.反馈回路上插入一个除法器(M)可以在参考时钟频率的基础上实现M倍频.PFD的输入频率等于输入频率/N(分频)。

在每个参考时钟的上升沿将通过鉴相器(PFD) 产生一个反馈时钟信号.PFD检测参考时钟与反馈时钟之间的频率差以及相位差并产生”up”或”down”的控制信号.环路滤波将”up””down”信号准换为压控信号传递给压控振荡器.并控制压控振荡器的振荡频率.如果PFD产生的是”up”信号,VCO将提高振荡频率,相反减少振荡频率.直到参考时钟信号与反馈时钟信号具有相同的振荡频率以及相位.反馈回路上插入一个除法器(M)可以在参考时钟频率的基础上实现M倍频.PFD的输入频率等于输入频率/N(分频)。

二.传感器

传感器的定义是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常有敏感元件和转换元件组成。

下面是我总结的分类:

我选取了几种比较常见的传感器跟大家聊一聊。

1.温度传感器

大致可以分为以下5类:

(1)电阻温度传感器:最常用的是使用铂,NTCxx-xx

(2)半导体温度传感器:一般集成有放大和调整电路,MAX1617,LM335,LM74

(3)晶体振荡器:振荡频率随温度变化因此可以非常精确地测量温度

(4)热电效应测量温度的热电偶

(5)焦电性物质的表面电荷密度随温度变化而变化,因此其表面电荷强度可以用来测量温度

下表中列举了一些我们常见的温度传感器:

2.光敏传感器

下面是一些光敏电阻实物图片和电路符号:大家看到的那中间的红色的物质就是光敏材料了。

我总结了一个粗略的分类,大家可以看看哈

下面是一些光敏电阻的选型比较:

大家在选型的时候一定要注意波长范围、峰值、暗电阻和亮电阻等。

3.压力传感器

压力传感器主要运用在以下场合:压强测量;海拔感知;流量测量;水平面/深度测量;泄漏探测等。

基本的分类如下:

以压敏电阻为例,下图是一张压敏电阻的选型比较:

压敏电阻选型时主要注意以下几点:

(1)压敏电阻虽然能吸收很大的浪涌能量,但不能承受毫安级以上的持续电流

(2)选用压敏电阻时一般选择标称压敏电压(VIma)和通流容量两个参数

大家估计对这两个参数不太熟悉,给大家科普一下,哈哈!

压敏电压;即击穿电压或阀值电压指在规定电流下的电压值,大多数情况下用1mA直流电流通入压敏电阻时测得的电压值。一般Vima=1.5Vp=2.2VAC (vp是电路额定电流的峰值,VAC是额定交流电压的有效值。

通流容量;指最大脉冲电流的峰值是在环境温度25c°在时规定的冲击电流波形和冲击次数而言,压敏电阻的变化不超过10%时的最大脉冲电流值。

传感器的种类实在太多,而且还处在不断发展创新的阶段,大家可以时刻关注新推出的产品,去了解这些产品上使用了哪些传感器。

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