Horloge et minuteur

Les horloges et minuteurs constituent une large gamme de composants utilisés dans la création, la gestion, le comptage et la distribution d'horloges numériques. Les horloges numériques sont des formes d'ondes périodiques, et plus généralement des ondes carrées. Tous les circuits numériques dotés de mémoire exigent que les transitions périphériques d'horloges soient à jour et comportent l'état suivant des processus. C'est ce que l'on appelle la synchronisation, et les processus utilisant des horloges sont appelés des processus synchrones. Les applications nécessitant des horloges sont omniprésentes. Quasiment tous les appareils numériques fabriqués par l'homme depuis les tous premiers appareils de calcul reposent sur des horloges.
Un oscillateur de référence de minutage produit généralement des horloges. Il s'agit d'un circuit résonant réglé ou pouvant être réglé sur une fréquence particulière. Lorsqu'il est mis sous tension, une boucle de retour positive transmet l'énergie sonore associée dans l'énergie de la section résonante. La section résonnante étant un filtre passe-bas, l'énergie au niveau de la fréquence de résonance est amplifiée alors que toute autre énergie est supprimée jusqu'à ce que l'oscillateur résonne à une fréquence unique. Si cette énergie dépasse l'amplitude maximale, elle prend la forme d'une onde sinusoïdale sectionnée jusqu'à devenir une onde carrée.
Dans sa forme la plus simple, un circuit d'horloge peut être constitué de composants discrets sous la forme d'un circuit d'oscillateur Hartley ou Colpittes. Ceux-ci ne sont généralement pas très précis. Des résonateurs à cristaux (les cristaux de montre de 32,768 kHz par exemple) sont fréquemment placés entre l'entrée et la sortie d'un tampon CMOS d'inversion pour créer une horloge (comme c'est le cas dans de nombreux microcontrôleurs). Les oscillateurs cristaux de quartz (XO) sont les appareils les plus fréquemment utilisés actuellement. Les oscillateurs basés sur un résonateur céramique à onde acoustique de surface (SAW) sont également répandus. Ils sont proposés sous diverses formes pour offrir précision et contrôle.
De nombreux résonateurs sont basés sur des matériaux dont les propriétés changent en fonction de l'ancienneté, de la température et de la tension. Ces propriétés ont un impact sur la précision, la fréquence et la capacité d'action (si tant est que la fréquence peut être réglée à partir de la fréquence de résonance centrale). Les oscillateurs cristaux à température contrôlée (TCXO) incluent des réseaux de compensation afin de réduire les dérives dues aux changements de température. Les oscillateurs cristaux à four contrôlé (OCXO) incluent des appareils de chauffage et des boucles de contrôle de température qui améliorent la précision en contrôlant l'environnement des matériaux. Les oscillateurs cristaux à tension contrôlée (VCXO) incluent un port de contrôle permettant d'augmenter ou de réduire la fréquence en fonction de la tension.
Des références d'horloges peuvent être utilisées pour synthétiser d'autres fréquences à l'aide de générateurs d'horloges, d'horloges multiplexeurs, de boucles à verrouillage de phase et de synthétiseurs d'horloges. Elles peuvent être mises en tampon et distribuées sur une PCB et un fond de panier à l'aide de tampons d'horloge et de distributeurs de sortie de ventilateur d'horloge. Les horloges peuvent être tramées dans le domaine de fréquence afin de réduire l'EMI (générateur d'horloge à spectre étalé). Le bruit d'horloge peut être réduit avec des atténuateurs de gigue. De nombreux protocoles de communication intègrent l'horloge dans les transitions de données pour la récupération dans le récepteur avec une boucle à verrouillage de phase (PLL). Les données sont ensuite récupérées à l'aide d'un bloc de récupération de données d'horloge (CDR). Les données récupérées peuvent être retransmises et synchronisées avec l'horloge régénérée à l'aide d'un Reclocker. Cela permet l'utilisation de diverses extensions de câbles et la communication des données haut débit sur des distances extrêmement longues.
Les horloges en temps réel intègrent un compteur qui cumule les oscillations afin de créer des informations de minutage. Elles peuvent être mises à l'heure actuelle et garantir une mesure du temps aussi précise que celle d'un oscillateur. Les horloges en temps réel sont généralement dotées d'une alimentation de secours, des options internes et externes sont possibles. Les modules GPS sont une source bien connue de référence de minutage ultra-précise pour les conceptions. Un module GPS fournira généralement des informations temporelles absolues et peut créer des événements de minutage d'une seconde (epochs).