¿Qué genera la señal de reloj en una CPU rápida y cómo funciona?

A menudo, para los circuitos integrados, se utiliza un cristal de cuarzo para generar la señal del reloj. Sin embargo, esto solo alcanza velocidades en MHz. ¿Qué componente, o qué circuito, genera señales de hasta 5 GHz como en los procesadores de computadora?

¿Cómo es posible aumentar esa velocidad cuando overclockea una PC (ya que no asumo que un cristal se acelera cuando le aplica un voltaje más alto o lo enfría)?

¿Por qué asumirías que los cristales de cuarzo solo alcanzan frecuencias de unos pocos kilohercios? Tengo cristales de 27 MHz en mi cajón.
Tienes razón @FakeMoustache, pero me refiero a cristales de 1 gigahercio y más.
Bien, he visto osciladores de cristal de hasta 150 MHz, en la práctica se utilizan hasta 50 MHz. Las frecuencias por encima de eso se hacen usando un PLL como menciona Wouter. ¡Trabajo en un producto donde usamos un PLL para convertir 25 MHz en 60 GHz!

Respuestas (2)

En realidad, los osciladores de cristal pueden subir fácilmente hasta 10 de MHz. Por encima de eso, en la mayoría de los casos se usa un PLL (Phase Locked Loop), que es un oscilador que no es muy preciso en sí mismo, pero se puede sintonizar (su frecuencia se puede ajustar un poco). La frecuencia de este oscilador de alta frecuencia se divide por un factor adecuado (dividir una señal por una potencia de 2 es fácil y totalmente preciso), y luego se compara con un oscilador de, digamos, 10 MHz. La comparación se utiliza para ajustar el oscilador de alta frecuencia. Por lo tanto, se crea una alta frecuencia con (casi) la precisión del oscilador de cristal de baja frecuencia.

En la mayoría de los casos, el circuito para hacer todo esto está integrado en el chip del procesador. Esto es para que pueda configurarse bajo el control del software, y enrutar una señal de alta frecuencia entre chips es una pesadilla.

Era cierto hace 5 años (y probablemente todavía hoy) que la mayoría de las placas base tienen un buen cristal antiguo de 14.318 MHz y un chip generador de reloj (PLL) que genera otras frecuencias de bus como 33 MHz (PCI), 48 MHz (USB) y una frecuencia intermedia "FSB" como 100 o 200 MHz a partir de ahí. Luego, la CPU toma la frecuencia FSB y la multiplica hasta el rango de GHz con otro PLL en el chip, lo que evita el problema de transportar el reloj de GHz a cualquier distancia o pasarlo a través de los pines de la CPU :)

No necesita un cristal para oscilar, cualquier componente reactivo, como un capacitor o inductor, con un amplificador puede hacer el trabajo. De hecho, un cristal es equivalente a una R, L y C en serie, todo en paralelo con una C. La ventaja de un cristal es que la frecuencia de resonancia es muy precisa. Para generar frecuencias más altas, las personas usan otros componentes resonantes (por ejemplo, inductores y capacitores dentro de chips) en su circuito oscilador.

Con algunos circuitos osciladores, la frecuencia se puede variar con un voltaje aplicado (VCO). Estos se utilizan para generar frecuencias altas con precisión, dividiendo la frecuencia de salida y comparándola con una fuente de baja frecuencia precisa como un cristal y luego ajustando el voltaje de control de manera adecuada. Un PLL (bucle de bloqueo de fase) es un ejemplo, que genera un voltaje proporcional a la diferencia de fase entre el reloj de alta frecuencia dividido y el reloj de referencia.

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