Kellotaajuuksia

Kellotaajuuksia tarkoittaa signaalin taajuutta, jolla kellosignaali vaihtaa tilaa. Kellotaajuus ilmoitetaan yleisesti hertseinä (Hz); käytetyimpiä yksiköitä ovat kHz, MHz ja GHz. Kellot toimivat digitaalisten järjestelmien synkronointina; ne määrittävät, milloin eri osat, kuten suorittimet, muistiliitännät ja muut hallintalaitteet reagoivat. Yleisesti ottaen suurempi kellotaajuus mahdollistaa nopeamman tiedonsiirron ja lyhyemmät vasteajat, mutta samalla kasvattaa virrankulutusta ja lämmöntuotantoa.

Kellotaajuudet syntetisoidaan yleensä kvartsikellon avulla tai RC-oskellolla, ja niihin voidaan soveltaa vaihelukitussilmukkaa (PLL) taajuuden tarkentamiseen sekä jakamiseen. Kellonjakelu jakaa saman kellon useille alijärjestelmille siten, että signaalit pysyvät synkronoituna. Modernissa järjestelmässä on usein useita kellolähteitä ja monimutkainen kellonjakeluverkko, joka varmistaa oikea-aikaisen signaalin kaikille osille.

Ominaisuudet ja mittaukset: taajuuden poikkeama mitataan ppm-asteina (osien miljoonasta). Taipuvuus (stabiilius) voi olla lämpötilariippuva tai ikääntymisen aiheuttama. Tärkeää on myös jitteri, ajoitusvaihtelu, joka voi vaikuttaa nopeisiin tiedonsiirtorakenteisiin ja signaalien viiveisiin. Mittauksissa käytetään taajuusmittauslaitteita sekä muita synkronointilaitteita.

Sovellukset: kellotaajuuksia käytetään mikropiireissä, muistiväylissä, PCIe-, USB- ja Ethernet-yhteyksissä sekä reaaliaikaisissa kelloissa (RTC). Esimerkkinä on 32,768 kHz RTC-kellot, jotka säilyttävät ajan, kun päävirta katkeaa.

Valinta ja suunnittelu: suuremmat taajuudet tarjoavat paremman suorituskyvyn, mutta lisäävät virrankulutusta ja lämmöntuotantoa sekä herkkyyttä häiriöille. Pienemmät taajuudet säästävät virtaa ja voivat parantaa luotettavuutta. Kellotaajuuksien suunnittelussa huomioidaan toleranssit, lämpötilariippuvuus, ikääntyminen sekä jitter ja jakelun viat.