¿Por qué no se utilizan los cristales de 1Hz para medir segundos?

7

Según Wikipedia:

Muchos relojes utilizan un cristal de 32.768 kHz. ¿Esto se debe a que el cristal es más pequeño que un cristal de 1Hz?

Si 1.0 Hz == 1.0 segundo. Entonces, ¿por qué la necesidad de la división?

    
pregunta JohnnyStarr

5 respuestas

14

La razón principal es que un cristal de 1 Hz debería ser físicamente muy grande. Un cristal es una pieza de cuarzo que vibra mecánicamente a la frecuencia específica. Dado que los cuartos de galón exhiben un efecto piezoeléctrico bastante fuerte, esas vibraciones también causan señales eléctricas y viceversa.

La obtención de un cristal físicamente pequeño a una frecuencia de resonancia de 33 kHz fue un gran avance, no hace mucho. El truco consiste en dar forma al cuarzo como un diapasón. Eso permite oscilaciones mucho más lentas que un bloque sólido de cuarzo del mismo tamaño. Sin embargo, extender que otros 3½ órdenes de magnitud hará que el cristal sea mucho más grande.

Es difícil imaginar qué uso sería un cristal de 1 Hz, considerando lo barato y fácil que es comenzar con una frecuencia más rápida y luego dividir con un contador. 33 kHz ya es tan lento que no obtendrá ningún ahorro de energía significativo al ejecutar la lógica más lentamente. De hecho, filtrar los armónicos de una onda cuadrada de 1 Hz y seguir proporcionando la unidad para el cristal de tamaño que tomaría para hacer que esa frecuencia tomaría significativamente más potencia. Simplemente no tiene sentido. En otras palabras, un cristal de 33 kHz con su circuito de excitación y un contador digital son más pequeños, más baratos y requieren menos energía que un cristal de 1 Hz con el circuito de excitación que necesitaría.

    
respondido por el Olin Lathrop
5

Aparte de los aspectos prácticos de hacer un cristal de 1 Hz, cada cristal tendrá cierto grado de jitter. Si tiene un cristal de 1Hz para generar tics de 1 segundo, cada bit de ese jitter se manifiesta como un error en su reloj. Si comienzas con una frecuencia más alta y divides hacia abajo, ese error se minimiza.

Por ejemplo, un cristal de 1Hz con un 1% de jitter le daría tics de 1 seg +/- 1%. Un reloj de 1kHz con 1% de jitter pasando por tres divisiones por 10 chips le dará 1 seg +/- 0.001% de ticks.

EDITAR: enlace muestra una excelente discusión al respecto. Observe particularmente la reducción de ruido de fase a medida que aumenta la división en la figura 6, y en la siguiente tabla, que muestra el jitter expresado en el tiempo como constante.

    
respondido por el Scott Seidman
0

La mayor parte de la "fisicalidad" de la vida no afectará a un xtal de 32k. Vivimos físicamente en las decenas de Hz máximos (excepto en la audición) y un xtal de 1 Hz entrará por unos pocos golpes resonantes. Teniendo en cuenta que tiene casi un cuarto de milla de largo (según Brian Drummond), el argumento se resuelve por mí.

¿Está bien que los murciélagos pueden molestar a un xtal de 32k?

    
respondido por el Andy aka
0

También existe el problema con la deriva, debido a problemas ambientales. De wiki:

  

La característica de frecuencia de un cristal depende de la forma o 'corte' del cristal. Un cristal de diapasón generalmente se corta de tal manera que su frecuencia sobre temperatura es una curva parabólica centrada alrededor de 25 ° C. Esto significa que un oscilador de cristal de la horquilla de sintonización resonará cerca de su frecuencia objetivo a temperatura ambiente, pero disminuirá cuando la temperatura aumente o disminuya con respecto a la temperatura ambiente. Un coeficiente parabólico común para un cristal de diapasón de sintonía de 32 kHz es −0.04 ppm / ° C².

     

En una aplicación real, esto significa que un reloj construido con un diapasón de cristal de 32 kHz regular mantendrá un buen tiempo a temperatura ambiente, perderá 2 minutos por año a 10 grados Celsius por encima (o por debajo) de la temperatura ambiente y perderá 8 minutos por año a 20 grados Celsius por encima (o por debajo) de la temperatura ambiente debido al cristal de cuarzo.

En términos prácticos, un cristal de 1Hz significará que el menor cambio en la temperatura hará que el reloj sea rápido o lento en minutos por día, en lugar de nanosegundos. Durante un año, eso lo convertiría en uno de los relojes más inexactos de la historia, sin ajustes diarios.

Y eso es solo la temperatura. La presión (y la altitud), la humedad y la vibración también entran en juego. Por lo tanto, a menos que el cristal se encuentre en un entorno completamente controlado, simplemente no es práctico para el uso diario de la hora.

    
respondido por el Passerby
-1

Hay osciladores de 1Hz, solo que están hechos con tecnología MEMS (cuarzo).

enlace

    
respondido por el HappyTinfoil Cat

Lea otras preguntas en las etiquetas