Uhren/Taktgeber

Was sind Uhren/Taktgeber in der Elektronik?

In der Elektronik sind Uhren/Taktgeber sehr ähnlich und doch sehr unterschiedlich zu dem, was die meisten Leute im alltäglichen Leben unter einer Uhr verstehen. Ein Taktgeber ist verantwortlich für die Koordination all der unterschiedlichen Funktionen eines elektronischen Systems. Sie tut dies durch die Messung der Zeit in einer bestimmten Frequenz. Jeder moderne Computer braucht, um zu funktionieren, eine eingebaute Uhr, die bei der Vernetzung, Beurteilung, ob Software auf dem neuesten Stand ist usw. hilft.

Eine Uhr arbeitet jedoch auf viel fundamentalerer Ebene, als die in einem Computer. Die Uhr im Computer muss die zeitliche Basis für das gesamte System bereitstellen. Die Uhr stellt ein Uhrsignal bereit, welches ein Maß ist, das dann viele verschiedene Systeme in einem Computer oder einem anderen komplexen, elektronischen System verwenden, um ihre Aktionen zu steuern.

Es ist wichtig, zu verstehen, dass ein Computer zu ganz praktischen Zwecken, über zwei Uhren verfügt. Die erste ist die Uhr, die die verschiedenen Komponenten steuert, die der Computer zur Durchführung unterschiedlicher Funktionen verwendet. Diese Uhr zeigt niemandem an, wie spät es ist. Sie gibt lediglich einen zuverlässigen, kontinuierlichen Strom an elektrischen Signalen aus, die als Zeitmesser und als Referenzen zur Steuerung verschiedener Aufgaben genutzt werden können.

Die zweite Art von Uhr ist eine Echtzeituhr, auf die im Folgenden näher eingegangen wird. Die Echtzeituhr ist die Uhr, die Informationen ausgibt, die für Menschen verständlich sind. Man kann sich dies zur Unterscheidung der beiden Uhren, deren Funktionen sich in einem Computer manchmal überschneiden, auf verschiedene Arten vorstellen.

Die Echtzeituhr sagt Ihnen, welche Tages- oder Nachtzeit es ist und wird in der Regel für die Vernetzung, Sicherheit und andere Zwecke verwendet. Die Hardware-Uhr bietet lediglich eine Sequenz von Impulsen aus, die Menschen, sofern sie die Geräte nicht testen, nicht einmal bemerken.

Während die Hardware-Uhr die Hardware-Komponenten koordiniert, hat die Echtzeituhr mehr damit zu tun, wie die Leute ihren Computer tatsächlich nutzen. Die Echtzeituhr stellt sicher, dass für Dateien die korrekte Speicherzeit und das korrekte Speicherdatum gesichert werden, dass E-Mails korrekt datiert werden usw.

Wie funktionieren Uhren?

Es gibt ein gesamtes System in einem elektronischen Gerät, das mit der Uhr zusammenhängt. Dieses System wird normalerweise von seiner eigenen Batterie angetrieben, da die Uhr auch dann genau gehen muss, wenn das Gerät abgeschaltet wird.

Der primäre Teil eines Taktschaltkreises ist der Oszillator. Der Oszillator enthält einen Kristall, der in einer bestimmten Frequenz vibriert, und der diese Frequenz beibehält, wenn eine bestimmte Spannung angelegt wird. Jeder Taktgeber bewegt sich von einem High- zu einem Low-Status, was man auch als Ein- oder Ausstatus bezeichnen kann.

Da er nur über zwei Status verfügt, erscheint der Taktgeber recht simpel zu sein, doch das ist ein Trugschluss. Ein Zeitintervall, das einem High-Status und eines, das einem Low-Status entspricht, beschreibt man als Taktzeit. Ereignisse können auf Grundlage verschiedener Taktzeiten koordiniert werden. In manchen Fällen kann die Taktzeit aufgeteilt werden und verschiedene Ereignisse können innerhalb einer Taktzeit stattfinden.

Durch die Verwendung bestimmter Arten von Schaltkreisen und clevere Planung können Elektroingenieure die Uhren in Computern nutzen, um bemerkenswert komplexe Kalkulationen zuverlässig und konsistent durchzuführen.

Die Echtzeituhr ist in der Regel mit einer anderen Uhr synchronisiert. Es gibt Online-Zeitdienste, die die aktuelle Ortszeit bereitstellen, mit der der Computer synchronisiert werden kann. Die Netzwerkzeit kann auch über eine Serveruhr bestimmt werden. Wenn der Computer ausgeschaltet wird, hält eine kleine Batterie im Motherboard die Uhr am Laufen, damit sie beim erneuten Start des Computers die korrekte Zeit anzeigt.

Was sind Timing- und Frequenzsteuerungsschaltkreise?

Timing- und Frequenzsteuerungsschaltkreise sind verantwortlich für die Koordination komplexer Funktionen auf einem Computer. Ein Beispiel hierfür ist etwa, wenn Geräte die Datenübertragung untereinander synchronisieren müssen, nutzen sie den Uhrenschaltkreis, um zu bestimmen, wann sie senden und wann sie empfangen müssen.

Timingschaltkreise werden in zahlreichen unterschiedlichen Anwendungen in der Welt der Elektronik verwendet. In der Tat sind sie eine der geläufigsten Schaltkreisarten in der allgemeinen Anwendung. Ohne sie wäre die Ausführung vieler automatisierter Funktionen unmöglich, da die Taktzeiten und die Steuerschaltkreise oftmals vorgeben, wann jeder der Subprozesse im Verhältnis zu anderen Subprozessen ausgeführt wird.

Wie funktionieren Timing- und Frequenzsteuerungsschaltkreise?

Timing- und Frequenzsteuerungsschaltkreise funktionieren auf grundlegendster Ebene simpel auf Basis der Elektroniktheorie. Zum Beispiel nutzt eine gängige Art eines Timingschaltkreises einen Kondensator. Der Kondensator wird auf einem konstanten Level geladen, wodurch eine absehbar steigende Spannung aufgebaut wird. Wenn diese Spannung einen bestimmten Wert erreicht, kann er die Aktivierung eines Schaltkreises durch andere Komponenten auslösen.

Andere Arten elektronischer Komponenten können in einem gegebenen Timing oder einem Frequenzsteuerungsschaltkreis einbezogen werden. Widerstände können verwendet werden und auch Komparatoren werden oftmals im vorstehenden Kondensatorbeispiel genutzt werden usw. Diese Schaltkreise können sehr verschiedenartig aufgebaut sein.

Hinsichtlich der Funktion innerhalb eines Systems nutzen die Timing- und Frequenzsteuerungsschaltkreise ein Uhrsignal und bestimmen, wann eine Aktion gestartet oder beendet werden muss. Das Taktsignal bietet eine konstante Zeitmessung mit sehr geringem Fehleraufkommen.

Ein Timingschaltkreis kann auf jeder mathematisch voraussagbaren Zustandsveränderung in einer elektronischen Komponente basieren. Er kann, wie oben beschrieben, auf der Ladung in einem Kondensator, der Oszillation in einem Kristall, der von einer externen Quelle gesammelten Zeit oder jedem anderen zuverlässigen Parameter basieren. Timing- und Frequenzsteuerungsschaltkreise verfügen über spezialisierte Komponenten, die verwendet werden, um sicherzustellen, dass das Signal immer sehr stabil und sicher ist. So werden im System Fehler aufgrund falschen Timings vermieden.

Übersicht über die verschiedenen Arten von Taktgebern

Nachstehend werden die gängigsten Arten von Taktgebern aufgeführt und deren Funktionsweise erläutert. Komponenten, die mit einander vernetzt sind, und manchmal ganze Computer, die miteinander vernetzt sind, sind abhängig von Uhren, die sie mit akkuraten Zeitinformationen versorgen. Auf die eine oder andere Weise sind alle der nachstehend aufgelisteten Komponenten Teil dessen und helfen, die Funktion elektronischer Systeme aufrechtzuerhalten.

Was sind Bus-Repeater? Wie funktionieren sie?

Ein Bus-Repeater ist ein Gerät, das die Vernetzung zweier Computer miteinander ermöglicht. Sie funktionieren, indem zwei Computer zusammen am Chassis verbunden werden. Sie werden oftmals verwendet, um aus mehreren weniger starken Computern einen sehr rechenstarken Computer zu erschaffen.

Was sind Taktkonditionierer?

Taktkonditionierer sind Komponenten, die Signale so bearbeiten, dass sie für die Verarbeitung geeignet sind. Sie können darüber hinaus eine Vielzahl anderer Funktionen ausführen, wie etwa das Verstärken eines Signals, das Umwandeln eines Signals in eine andere Form usw.

Was sind Schaltungen zur Taktverteilung?

Taktsignale müssen an all die unterschiedlichen Geräte verteilt werden, die sie verwenden müssen und dies geschieht mithilfe einer Schaltung zur Taktverteilung. Schaltungen zur Taktverteilung sind wichtige Bestandteile eines jeden komplexen, elektronischen Systems, da sie sehr genaue Signale sein müssen, die von den Geräten einfach gelesen werden können.

Was sind Taktteiler?

Ein Taktteiler ist ein Gerät, das aus dem Eingangssignal einer Uhr ein weiteres Signal auf Grundlage der Frequenz, die es empfängt, erzeugen kann. Dies geschieht durch einfache Teilung. Dadurch können Prozesse koordiniert werden, deren Abschluss mehrere Taktzeiten in Anspruch nimmt oder die weniger als eine Taktzeit dauern.

Was sind Takttreiber?

Der Takttreiber steht zwischen der Quelle des Taktsignals und dem empfangenden Gerät. Der Takttreiber gewährleistet, dass die Taktimpulse klar sind und von dem Empfänger einfach interpretiert werden können. Der Takttreiber steuert außerdem die Latenz.

Was sind Verzögerungsschaltungen?

Eine Verzögerungsschaltung ist ein Schaltkreis, der mehrere elektrische Komponenten enthält. Das Gerät nimmt ein Signal und führt eine Phasenänderung – einen Zeitunterschied – zwischen der Zeit, zu der das Signal eingegangen ist, und der Zeit zu der es ausgegeben wird, ein. Die Verzögerungszeit auf diesen Geräten ist überaus variabel und kann manchmal auf mehrere Millisekunden Länge festgelegt werden.

Was sind direkte digitale Synthesizer?

Ein direkter digitaler Synthesizer kann unter Verwendung eines Taktgebers, der auf eine bestimmte Frequenz festgelegt ist, eine Vielzahl von unterschiedlichen Signalformen erzeugen. Diese werden nicht nur in der Elektronik, sondern auch in der Musik und in vielen anderen Anwendungen genutzt.

Was sind Funktionsgenerator-Schaltkreise?

Ein Funktionsgenerator wird meist zu Testzwecken eingesetzt. Diese Geräte können unter Verwendung eines Taktgebers, der auf eine bestimmte Frequenz festgelegt ist, eine bestimmte Signalform erzeugen. Dies können Große Geräte oder aber auch ICs sein.

Diese Funktionsgeneratoren können viele verschiedene Signale generieren. Einige gängige Signaltypen sind unter anderem Sägezahn-, Rechteck- und Sinuswellen. Sie gehören zu den grundlegenden Arten von Geräten, die in der Elektronik und bei der Fehlerbehebung zum Einsatz kommen.

Was sind Phasenfrequenzdetektoren?

Ein Phasenfrequenzdetektor verfügt über zwei Eingänge, mithilfe derer er zwei unterschiedliche Signale empfangen kann. Oftmals empfängt das Gerät eines der Signale von einem Oszillator, der ein Signal nach Wahl des Benutzers erzeugen kann. Wenn der Detektor sich auf die Signale festlegt, kann er anderen elektronischen Komponenten Anweisungen dazu geben, wie das Signal verarbeitet wird.

Was sind PPL-Schaltkreise?

Um einen PLL-Schaltkreis einfacher zu verstehen, sollte man ihn sich als einen Phasendetektor und als einen Oszillator vorstellen, der in der Lage ist, verschiedene Frequenzen zu erzeugen. PPL-Schaltkreise werden häufig als Steuersignalgeneratoren eingesetzt. Sie nehmen ein Eingangssignal einer gegebenen Phase und erzeugen ein Ausgabesignal, das auf eine vordefinierte Art und Weise im Zusammenhang mit der Eingabephase steht.

Dies sind sehr gängige Schaltkreise in der Technologie und sie sind für die Telekommunikation konzipiert. Auch in Computern findet man sie oft. In digitalen Schaltungen werden sie in der Regel verwendet, um die Präzision der Taktimpulse zu steigern, sodass das System reibungsloser und effizienter arbeiten kann.

Was sind PPL-Takt-Puffer?

Ein PLL-Takt-Puffer kann das Eindringen von Störungen in ein Signal vermeiden oder ein Signal um eine bestimmte Dauer verzögern. Sie dienen demselben Zweck wie Standard-Takt-Puffer.

Was sind PPL-Takttreiber?

PPL-Takttreiber stellen sicher, dass das Signal, das die Geräte von der Uhr erhalten, klar und scharf ist. Dies beugt Ineffizienzen und Fehlern im System vor. Aufgrund der Wichtigkeit der Uhren in einem elektronischen System, sind Treiber unverzichtbar.

Was sind PPL-Frequenzmultiplikatoren?

Ein PLL-Frequenzmultiplikator kann das Eingangssignal eines Taktgebers multiplizieren und eine andere Frequenz ausgeben. Sie werden häufig in Kommunikationsschaltungen eingesetzt und sind auch in einer Vielzahl von anderen Anwendungen vertreten.

Was sind PPL-Frequenz-Synthesizer?

Ein Frequenz-Synthesizer kann ein Eingangssignal nehmen und es als Grundlage für die Erzeugung einer neuen Frequenz nutzen. Sie können eine Palette verschiedener Arten von Frequenzen erzeugen, wobei Sinus- und Rechteck- und andere Wellen besonders häufig vorkommen. Diese Schaltkreise werden oftmals in verschiedenen Arten von Testgeräten verwendet und manchmal auch bei Musikinstrumenten eingesetzt.

Was sind Echtzeituhren?

Auf einem Computer gibt es zwei verschiedene Zeiten, die zur Ausführung unterschiedlicher Funktionen genutzt werden. Die Systemuhr gibt lediglich elektronische Impulse in einer voraussagbaren Frequenz aus. Die Echtzeituhr zeigt die tatsächliche Zeit auf der Erde an, wodurch das Gerät verschiedene wichtige Funktionen durchführen kann.

Man kann sich eine Echtzeituhr auch als die Uhr in Ihrem Computer vorstellen, die die Zeit in Einheiten misst, die ein Mensch verstehen kann: AM, PM und so weiter

Die Echtzeituhr auf Ihrem Computer gibt das an, was man gemeinhin als die Systemzeit bezeichnet. Sie kann auch dazu dienen festzustellen, wann Software nicht mehr auf dem neuesten Stand ist, wie oft in einer bestimmten Anzahl von Tagen auf ein Objekt zugegriffen wurde und um weitere wichtige Informationen bereitzustellen.

Was sind Timerschaltkreise?

Timerschaltkreise sind Geräte, die eine Vielzahl von unterschiedlichen Funktionen auf Grundlage der Eingabe von einem Taktsignal erfüllen können. So sind sie etwa in der Lage, Verzögerungen, Oszillation in bestimmten Intervallen usw. einzuführen. Sie werden sehr häufig genutzt und finden überall und in verschiedenen Rollen Verwendung, vom kleinsten Computer bis hin zur größten Industriemaschinerie.