主板时钟CLK

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• VCO的电源和地上的干扰会影响每次振荡的周期,即产生振荡频率的抖动(Jitter)。
因此PLL电路的地和电源要特殊处理。电源用电阻/电感和电容滤波。 若VCO的输入电压以VCO电源为参考,则VCO输入处的电容可不接地, 接VCO的电源。
4、锁相环(PLL)变频电路框图(续) 例:Hub Link 的时钟
• 若时钟线的传输时间远小于时钟周期,驱动源芯片和接收端芯片可用同一时钟线驱动; 如14.318MHz时钟。若时钟线的传输时间与时钟周期相比,不能忽略,驱动源芯片和 接收端芯片分别用同一时钟源,线长需控制的两条时钟线驱动。
MCH 北桥
SDRAM接口
SDRAM
100 MHz
100 MHz
时钟 发生器
5.2 基本同步时钟接口(续)
芯片的连接,要避免用过孔。
4、锁相环(PLL)变频电路框图
参考时钟输入
FREF
分频比 N
FR
PFD
FFB
VCO
变频输出 FVCO
分频比L
变频输出 FOUT
分频比 M
• 参考时钟输入I经N分频输出FR ( FR = FREF / N);压控振荡器输出FVCO
经M分频输出FFB ( FFB = FVCO / M); FVCO经L分频为变频输出FOUT。
EMI – 减少电磁辐射主时钟芯片采用频谱展宽(Spectrum)、关闭不用的DIMM/PCI槽时钟等技术。此 外可控的驱动强度和芯片外接地电容的调整通过改变边沿斜率也影响EMI。 频谱展宽:在压控振荡器电压输入上迭加一低频小幅度三角波或正弦波电压,使振荡器输出 频率不固定在很窄的频带内,而在规定的范围内缓慢变化。将频带展宽,EMI测试时频带窄, 能量峰值高。频带展宽,能量峰值低。频率变化的范围通常有+0.25%、 0.5%和 - 0.5%。频 率有正偏时使建立时间的容限减少,易引起死机。中心频率负偏,可使测试指标略偏低。 不用的DIMM/PCI槽等时钟控制:每个时钟输出有运行/停止控制。BIOS检测系统配置后,关 闭系统不用的时钟输出。去除了这些时钟线的辐射。减少了功耗和对地/电源的干扰。
2、主板上的基本时钟和时钟分配
14.318 MHz
主时钟 芯片
66/100/133
MHz
CPU
GMCH
66MHz
AGP
DIMM 10M0/H1z33 CLK Buf.
Βιβλιοθήκη Baidu
DIMM
USB 48MHz
实时时钟 32.768 KHz
南桥
24.576 MHz
CODEC
33MHz PCI总线 槽/芯片
24/48
LPC
MHz
SI/O
14.318MHz
SYSCLK
ISA槽
8.33MHz
BITCLK_CODEC
12.288MHz (AC97)
• 主时钟芯片 -- 主时钟芯片用14.31818MHz晶振
产生基本参考时钟14.318MHz(周 期69.84ns)。14.318MHz的参考 时钟输出送ISA槽做OSC信号和南 桥内定时电路(8253)的时钟。早期 ISA总线时钟为14.318M的三分频 4.33MHz。现在ISA的SYSCLK由 南桥或PCI – ISA转换芯片产生, PCI总线时钟的四分频(8.33M)。 决大多数ISA卡用OSC或内部时钟; 只少数卡用SYSCLK。 SYSCLK频率可能影响普通键盘。 OSC可能影响ISA卡。 -- 在主时钟芯片内用锁相环(PLL) 变频电路产生主板的系统总线时钟
的输入/输出电容的影响)。
QDI主板所用晶振的精度:
14.31818M、24.576M和25.000MHz晶振精度
为+/-30ppm;32768Hz晶振精度为+/-20ppm。
对实时时钟意味着一天快慢1.73秒。但由于
CL1和CL2容限的影响,实际精度要高于此值。
LAN时钟的精度要求不大于50ppm。
• DIV C =
4
实际输出FDIV2
附: 与主时钟芯片有关的问题
变频 - 主时钟芯片的输出信号频率可由两种方式更改: 通过跳线 - 在加电时芯片检测跳线状态,在加电复位期间得到稳定的频率输出。 通过软件(BIOS)经由系统管理总线(SMB)更改芯片内部控制寄存器值 – 接到新寄存器值后, 变频电路需一段时间(ms级)才能稳定,而AGP和PCI时钟CPU总线主时钟锁相由主时钟分频产生, 可能更改分频比(选不同分频比的电路)。这样AGP和PCI时钟输出可能出现毛刺或窄脉冲。因 而变频过程中主时钟的不稳定或AGP/PCI时钟的毛刺均易使系统死机。为系统稳定,避免死机 增加软件控制复位信号,变频时最好在这复位期间内。(至少暂停系统运行) 软件变频,选择避免AGP和PCI的分频有变化
有可能停振。特别是在高温高湿的环境,更易于停振。对电阻分压的偏压电路,偏压稳定,不
易停振。但电池功耗电流大。
-- PCB布线的注意点:为减少地线噪音的影响,CL1和CL2先相连,再单点接地。接X1和X2的线 要仅可能短和远离数字信号线,并适当加宽,减少串扰和分布电感的影
响。时钟芯片的电源要专门电感、电容滤波。滤波电容要靠近芯片,与
-- 晶振电路起振:开电时的起振是晶振电路必需注意的问题。反相电路输入(X1)和输出(X2)
间的高值电阻及接地电容CL1、CL2均有助于电路的起振。对Intel 的ICH芯片实时时钟的晶
振电路,为了增加电池寿命,减少了内部反相放大电路的功耗电流(约2μA,但驱动能量小),
因而难以起振。外部增加自偏压电路。对电阻电容偏压电路,电池功耗电流小,但偏压不稳定,
• 主要关注要满足在信号接收端,相对于时钟的预置(建立)时间和保持时间的要求. • 时间关系分析要考虑走线的传输延迟、串扰、时钟周期的抖动和边沿的偏移的影响 • 由器件的规格书可查同步输出相对于时钟输入边沿的延迟时间TCO的最大(max)和
最小(min)值;同步输入相对于时钟输入所需的预置时间Ts和保持时间Th最大和 最小值。
• 相位频率检测电路(PFD)比较R与V的相位,根据相位差控制电荷泵。向电容充放电,
改变电容上的电压。
• 电压控制振荡电路(VCO)根据电容上的电压调整VCO的振荡频率FVCO 。迫使FFB 的
频率与相位与FR相同 ( FR= FFB )。即 FVCO = FREF * ( M/N ); 变频输出 FOUT = FREF * ( M/NL )
66/100/133MHz和SI/O及USB电路 所用的24/48MHz时钟 -- 产生系统总线时钟 的信号源时钟 经过分频电路产生33MHz的PCI总 线时钟和66MHz的AGP时钟
25.000 MHz
Platform LAN connect
LAN CLK 2.5 /25MHz for 10/100BASE-T
66 MHz
FFB
PFD
VCO
FVCO
Div A FDIV1
FOUT Div B
Div C
• FFB = 66.5MHz
(VCO振荡频率范围)
• FVCO = 1066MHz
= 1.0-1.5 GHz)
• DIV A =
2
• FDIV1 = 533 MHz
• DIV B =
2
• FOUT = 266 MHz
f s= (LC1)-1/2 /2π ; f a or f p= {L[C1C2/(C1+C2)]}-1/2 /2π
晶振工作频带宽(f s- f p )。
实际的C2还应包括与引线外壳电容并联的晶振电路的负载电容CL。由于CL影响 f p ,规定的晶振精度在规定的CL值下测试。
关键参数:频率、负载电容、精度、起动功率
• 源同步接口
数据
CLK 数据驱动 数据接收
选通接收
选通
数据接收
• 流水线接口(线传输时间大于时钟周期的源同步接口)
数据
数据驱动
1234
选通
数据接收
1234
• 数据时钟混合编码接口
5.2 基本同步时钟接口
• 普通同步时钟接口用一共同的时钟源将时钟信号送到地址、数据和控制信号的驱动源 芯片和接收端芯片。例如SDRAM时钟缓冲-北桥-SDRAM芯片;主时钟芯片-CPU-北桥; 主时钟芯片-北桥-PCI槽或芯片
• 信号完整性模拟计算走线延迟和由时钟线长度不同所增加的偏移。
• 同步的概念:保证在一时钟上升边产生的信号驱动输出,一定在下一时钟上升边被 接收端电路接收。
时钟芯片
时钟的偏移(Tskew)包括时钟芯片输出CLK1 和CLK2间的时间差和CLK1到驱动芯片与 CLK2到接收端芯片走线延迟时间差。 由驱动芯片输出到接收端输入的走线延迟时间
晶振用于产生准确的振荡频率;计数器用于整数分频;PLL变频电路用于倍频(提高 频率)或非整数变频
3、晶振(石英晶体)和晶振电路
压力
Quartz
加压力产生电压
Quartz
压力
压电效应
晶体
+ 加电压引起收缩 -
电极
晶振 RLC 等效电路
R为谐振频率下内部振动损耗的等效电阻;C1和L为晶体谐振等效串 联谐振的电容和电感;C2为两电极间的充电电容(包括引线和外壳)。 两个谐振频率:串联谐振频率f s和并联谐振频率f p
主板上的时钟分配、时钟电路 和基本时间关系
孙祖希 2001年11月
目录
1、 时钟的重要性
2、主板上的基本时钟和时钟分配
3、晶振(石英晶体)和晶振电路 4、锁相环(PLL)变频电路框图
附:与主时钟芯片有关的问题
5、接口的时间关系
5.1 接口的类型:开关方式的定义 5.2 基本同步时钟接口 5.3 源同步 5.4 差分时钟
电路,它可与北桥或主时钟芯片集成,也可单独。但北桥内要有PLL电路,调整缓冲电路的 输入时钟,保证DIMM时钟与北桥输出到DIMM信号的同步,及DIMM读出数据与北桥接收时 钟的同步。 • 实时时钟 -- 南桥接32768晶振产生实时时钟。这信号经215分频周期为1.00秒,再有秒、分、时、日、月 和年计数器和寄存器,组成实时时钟控制。在休眠时主时钟芯片不加 -- 在休眠时主时钟芯片不加电,仅实时时钟电路有电。因此实时时钟输出作电源管理的时钟,用 作唤醒的控制。 • AC97时钟 -- CODEC芯片接24. 576MHz晶振产生AC97的位时钟12.288MHz;再经256分频,产生同步时 钟(频率48.0KHz) • LAN时钟 -- PHY芯片接25.000MHz晶振产生5MHz/50MHz的LAN时钟分别用于10Mb/100Mb (10BASE-T/100BASE-T)(对Intel 82562芯片)
为Tflight
Tco Tflight
驱动源芯片
Tskew Ts,Th
接收端芯片
同一时钟源的预置时间 –
保证驱动芯片时钟上升边产生的输出一定在下一个时钟上升边被接收端芯片可靠接收
驱动芯片 时钟输入
Tcycle Tco
驱动芯片 信号输出 地址、数据、控制
接收芯片 信号输入
Tflight
容限
接收芯片 时钟输入
2、主板上的基本时钟和时钟分配(续)
• CPU时钟 -- CPU接受主板系统总线时钟,通过PLL变频电路根据倍频比产生CPU内部的时钟。对P4还产
生CPU外部总线数据传输的时钟。 • DIMM时钟缓冲 -- 为避免DIMM时钟线与系统时钟线的关连,减小DIMM时钟线长度, DIMM时钟有专门的缓冲
1、 时钟的重要性
• 程序执行的节拍控制和系统的工作速度由时钟决定 • 硬件设计的基础 – 寄存器级传送和有限状态机(内部时序控制电路)都离不开时钟 • 芯片间接口数据的发送与接受要以时钟为参考 • 系统的稳定性与时钟有密切关系
例:
输入
输出
选择控制
寄存器级传送:两组寄存器间通过组合电路(由基本的与/或/非门组成 的无反馈电路)或直接相连。当来时钟上升边时,源寄存器接受新的 输入,而原来的内容经过选择控制所选的操作(变换),将结果送入 目标寄存器(与源寄存器接受新的输入同时)。
3、晶振(石英晶体)和晶振电路(续)
--晶振电路振荡频率的精度:除与晶振有关
外,还与负载电容CL及晶振走线有关
CL= [(CL1 x CL2)/(CL1+CL2)]+CS
CL1、CL2为外接电容;CS为电路的杂散电容
X1
X2
,包括反相器的输入/输出电容。
为保证精度,所购晶振允许的CL要和外接
的CL1、CL2匹配(并考虑反相器
系统管理总线(SMB)- BIOS通过SMB以串行方式访问时钟芯片内的控制寄存器。除选择频率组合; 开/关频谱展宽功能及选频率变化范围;时钟输出的运行/停止控制以外,还可控制时钟输出 的强度、偏移和延迟时间等。
5、接口的时间关系
5.1 接口的类型:开关方式的定义
• 基本同步时钟接口
数据 CLK
CLK
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