中心議題：

• 時鍾發生器的基本構造
• 主機板時鍾電路的需求
• PC超頻與時鍾電路的關聯

解決方案：

• 鎖相環(PhaseLockedLoop,PLL)是時鍾發生器的核心技術

所suo有you的de數shu字zi電dian路lu都dou需xu要yao依yi靠kao時shi鍾zhong信xin號hao來lai使shi組zu件jian的de運yun作zuo同tong步bu

，每mei單dan位wei時shi間jian內nei電dian路lu可ke運yun作zuo的de次ci數shu取qu決jue於yu時shi鍾zhong的de頻pin率lv，因yin此ci時shi鍾zhong運yun作zuo的de頻pin率lv即ji被bei大da家jia視shi為wei係xi統tong運yun作zuo的de性xing能neng指zhi針zhen。

主機板時鍾電路的需求

---熟悉硬件的讀者應該都知道，主機板上處理器

、芯片組和主存儲器等幾個主要的組件各有其工作時鍾，中央處理器CPU的外部頻率依照摩爾定律不斷提高
，隨著英特爾與AMD在近期推出多款新的處理器，200MHz外頻的時代也正式來臨(CPU上標示的工作速度為處理器內頻，是以外頻乘以倍頻產生
，並不由主機板時鍾電路直接提供)。處理器和北橋芯片之間以前端總線(FSB)相連接

，以CPU的外頻為基準，每周期傳送兩次或四次數據，所以200MHz外頻乘上四倍頻就可以得到800MHz的FSB速度。內存也隨著CPU的腳步，工作頻率快速推進到200MHz的DDR400PC3200規格。其餘南橋芯片與AGP
、PCI
、USB等總線則各有其業界規定的工作時鍾標準
，如PCI為33MHz、AGP為66MHz等等。

---因此主機板的時鍾電路必須為許多的組件提供各種不同的工作頻率
，以往舊式的主機板都是使用石英振蕩器來(lai)處(chu)理(li)，但(dan)石(shi)英(ying)振(zhen)蕩(dang)器(qi)一(yi)次(ci)隻(zhi)能(neng)輸(shu)出(chu)一(yi)種(zhong)頻(pin)率(lv)，在(zai)需(xu)要(yao)多(duo)種(zhong)時(shi)鍾(zhong)輸(shu)出(chu)的(de)新(xin)式(shi)主(zhu)機(ji)板(ban)中(zhong)
，顯(xian)然(ran)不(bu)敷(fu)使(shi)用(yong)。所(suo)以(yi)有(you)些(xie)廠(chang)商(shang)將(jiang)這(zhe)些(xie)原(yuan)本(ben)散(san)布(bu)在(zai)主(zhu)機(ji)板(ban)上(shang)各(ge)處(chu)的(de)振(zhen)蕩(dang)電(dian)路(lu)整(zheng)合(he)成(cheng)一(yi)顆(ke)可(ke)輸(shu)出(chu)各(ge)種(zhong)頻(pin)率(lv)的(de)芯(xin)片(pian)，主(zhu)機(ji)板(ban)采(cai)用(yong)此(ci)類(lei)時(shi)鍾(zhong)產(chan)生(sheng)芯(xin)片(pian)將(jiang)可(ke)以(yi)達(da)到(dao)節(jie)省(sheng)成(cheng)本(ben)與(yu)空(kong)間(jian)的(de)目(mu)的(de)。

時鍾發生器的基本構造

---鎖相環(PhaseLockedLoop,PLL)是時鍾發生器的核心技術，現代的時鍾發生器隻需由石英晶體提供一個基準頻率，並利用一個以上的PLL，搭配不同比例的除頻電路，來產生各種頻率的時鍾輸出，取代傳統係統中的多個石英晶體。時鍾發生器的基本架構如圖1所示。


---其中PLL的部分具有兩個輸入端
，分別為參考頻率(Fref)與反饋頻率(Fvco)，與一個輸出端(Fout)。三者之間關係可以公式表示如下。
Fout=(Fref•P)/(Q•N)

---PLLjibenshangweiyigefufankuixitong
，zaihuiluzhongliyongfankuixinhao，jiangshuchuduandexinhaopinlvjixiangwei，suodingzaishuruduancankaoxinhaodepinlvjixiangweishang。xiangweipinlvjianboqi(PhaseFrequencyDetector，PFD)比較基準參考頻率(Fref)及反饋頻率(Fvco)兩者之間的相位關係與頻率的差異，並檢知出兩者相位的相位差及頻率的高低差
，以影響電壓控製振蕩器(VoltageControlledOscillator，VCO)的頻率輸出。當Fref/Q超前Fvco/P時，UP高電位輸出使Fout頻率加快；相反的當Fref/Q落後Fvco/P時，DN高電位輸出使Fout頻率減慢
，最後可達到如公式所表示的穩定輸出狀態，因此隻需調整PLL外部除頻電路的P、Q、R值之間的比例，就可得到需要的輸出頻率。

PC超頻與時鍾電路的關聯

---超(chao)頻(pin)對(dui)於(yu)計(ji)算(suan)機(ji)發(fa)燒(shao)友(you)來(lai)說(shuo)，可(ke)謂(wei)是(shi)最(zui)熱(re)衷(zhong)的(de)一(yi)個(ge)主(zhu)題(ti)了(le)。所(suo)謂(wei)超(chao)頻(pin)就(jiu)是(shi)強(qiang)迫(po)係(xi)統(tong)的(de)工(gong)作(zuo)時(shi)鍾(zhong)於(yu)高(gao)於(yu)標(biao)示(shi)的(de)頻(pin)率(lv)，從(cong)而(er)達(da)到(dao)提(ti)高(gao)性(xing)能(neng)的(de)目(mu)的(de)。

---基本的超頻方法即是藉由手動調整將中央處理器的工作頻率提高至標準的工作頻率之上

，一般而言
，生產中央處理器的廠商為了確保其CPU工作的穩定可靠，通常會以實際測試結果的較低規格來標示，使製造出來的計算機係統以低於CPU極限值的速度工作。因此使用者便有機會在不用付出額外成本的情形下，壓榨出係統的最佳效能。

---中央處理器的工作頻率等於外頻乘以倍頻數，不管是調整外頻或是倍頻數都可達到提高中央處理器工作頻率的目的
，但目前大部分的CPU出廠時都已將倍頻死鎖固定，因此隻剩下外頻的部分可以由使用者動動手腳。

---以往調整外頻/倍頻的方法，需要使用者根據說明書調整主機板上的跳線或是DIP開關，以獲得想要的頻率。新一代的時鍾發生器
，配備有SMBus(SystemManagementBus)接口，可由BIOS直zhi接jie控kong製zhi，因yin此ci使shi用yong者zhe甚shen至zhi不bu用yong拆chai機ji殼ke，隻zhi需xu坐zuo在zai計ji算suan機ji麵mian前qian
，通tong過guo鍵jian盤pan及ji屏ping幕mu


，即ji可ke隨sui意yi調tiao整zheng係xi統tong工gong作zuo頻pin率lv了le。此ci外wai通tong過guo控kong製zhi時shi鍾zhong發fa生sheng器qi中zhong的de緩huan存cun器qi控kong製zhi位wei，可ke以yi以yi極ji小xiao的de線xian性xing級ji距ju微wei調tiaoCPU的外頻(以MHz為單位)，不像以往的跳線設定方式，一下子從100MHz直接跳至133MHz
，CPU容易超出其極限而導致當機。
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---如ru前qian述shu提ti到dao，主zhu機ji板ban上shang各ge個ge組zu件jian都dou有you其qi固gu定ding的de工gong作zuo頻pin率lv
，而er各ge個ge總zong線xian的de工gong作zuo頻pin率lv和he係xi統tong的de頻pin率lv大da部bu分fen都dou維wei持chi固gu定ding的de比bi例li來lai工gong作zuo。換huan句ju話hua說shuo，傳chuan統tong的de時shi鍾zhong發fa生sheng器qi通tong常chang是shi以yiCPU的外頻作為基準頻率，通過固定比例的除頻
，產生其餘外設所使用的時鍾。所以當使用者調高CPU外頻的同時，總線及外設的時鍾也會等比例地被提升，有的時候CPU尚未超出其工作極限，反而是外設承受不了過高的頻率而罷工了。

---為了提高在超頻時的係統穩定性
，新一代的時鍾發生器將AGP/PCI等總線的頻率，采用與CPU外頻“異步”的設計方式，或加入多段式的除頻子係統

，使用者就可以自由設定AGP/PCI的工作頻率，以符合外設的工作需求。

---目mu前qian使shi用yong軟ruan件jian來lai調tiao整zheng超chao頻pin的de頻pin率lv，如ru果guo頻pin率lv設she定ding超chao過guo係xi統tong可ke接jie受shou的de範fan圍wei時shi，計ji算suan機ji根gen本ben就jiu無wu法fa工gong作zuo了le，如ru何he將jiang設she定ding調tiao回hui原yuan先xian可ke使shi用yong的de狀zhuang態tai呢ne？CYPRESS為此在時鍾發生器中加入了稱為看門狗定時器(WatchdogTimer)的設計，每當BIOS為係統設定了新的工作頻率時，BIOS也要負責設定看門狗定時器的倒數計時時間。係統依新的工作頻率重新開機後
，定時器依所設定的時間倒數，若係統正常啟動
，則BIOS會負責通過SMBus將定時器設定清除，係統往後就依新的工作頻率運行；若ruo是shi係xi統tong無wu法fa正zheng常chang啟qi動dong
，當dang定ding時shi器qi倒dao數shu結jie束shu後hou，時shi鍾zhong發fa生sheng器qi會hui發fa出chu複fu位wei信xin號hao，使shi係xi統tong重zhong新xin啟qi動dong，並bing將jiang時shi鍾zhong發fa生sheng器qi中zhong的de頻pin率lv設she定ding回hui複fu成cheng之zhi前qian可ke正zheng常chang工gong作zuo的de頻pin率lv設she定ding。因yin此ci當dang頻pin率lv設she定ding失shi敗bai時shi，係xi統tong將jiang自zi動dong重zhong設she為wei原yuan始shi狀zhuang態tai，使shi用yong者zhe無wu須xu介jie入ru以yi硬ying件jian重zhong設she係xi統tong。
時鍾發生器可簡化主機板設計

---專zhuan為wei主zhu機ji板ban設she計ji的de時shi鍾zhong發fa生sheng器qi，提ti供gong多duo種zhong的de可ke編bian程cheng特te性xing
，方fang便bian主zhu機ji板ban廠chang商shang設she計ji產chan品pin。比bi如ru說shuo
，對dui於yu使shi用yong者zhe超chao頻pin的de需xu求qiu，藉ji由you可ke編bian程cheng設she定ding的de時shi鍾zhong頻pin率lv，可ke由youBIOS中自由設定工作頻率
，而不需要在主機板上多加額外的控製電路。

---可(ke)編(bian)程(cheng)的(de)時(shi)鍾(zhong)發(fa)生(sheng)器(qi)除(chu)了(le)滿(man)足(zu)超(chao)頻(pin)的(de)目(mu)的(de)外(wai)，其(qi)動(dong)態(tai)的(de)頻(pin)率(lv)調(tiao)整(zheng)能(neng)力(li)還(hai)可(ke)以(yi)用(yong)於(yu)減(jian)少(shao)電(dian)源(yuan)消(xiao)耗(hao)。以(yi)筆(bi)記(ji)本(ben)電(dian)腦(nao)為(wei)例(li)，係(xi)統(tong)在(zai)運(yun)行(xing)時(shi)並(bing)不(bu)總(zong)是(shi)需(xu)要(yao)全(quan)部(bu)的(de)處(chu)理(li)器(qi)效(xiao)能(neng)，此(ci)時(shi)可(ke)通(tong)過(guo)時(shi)鍾(zhong)的(de)降(jiang)低(di)，減(jian)少(shao)係(xi)統(tong)的(de)功(gong)率(lv)消(xiao)耗(hao)，延(yan)長(chang)電(dian)池(chi)的(de)使(shi)用(yong)時(shi)間(jian)。

---lingwaiyushiyongzhejiaoweiwuguandeshizhongfashengqitexing，haibaokuokechengkongdeshizhiyudingshi，zhujibanchangshangkepeihegezhongbutongdejibanbuju
，tiaozhenggezhongjiekoushizhongzhijiandeshizhongyanchi，shigezhongxiangguanjiekoudezujianbaochitongbu(或符合其相對的時鍾延遲規格)動作。並可依各類內存的不同特性，微調時鍾信號的觸發相位
，以方便工程師進行電路板設計。

--主機板廠商也時常為了符合各種電磁幹擾(EMI)的法規而煩惱，產品通常必須重複進行送測、重布線、遮蔽隔離等耗費時間精力的程序，延後產品的上市時程，降低產品的獲利能力，目前時鍾發生器中的可編程擴頻(SST)功能則可用來降低產品的EMI。

---利用時鍾發生器中PLL的特性
，以圖2所示的Lexmark曲線，以係統時鍾為中心作小幅度的調變
，將可使EMI的能量平均散布在一小段的頻譜範圍中
，以降低單一頻率EMI的峰值，如圖3所示。




---可編程的擴頻比例


，可視主機板的線路不同布局，讓主機板工程師自行設定最符合該主機板設計的擴頻比例參數，調整出最好的EMI擴頻效果，也使工程師能在最短的時間內完成產品的開發。

---時鍾發生器與CPU一(yi)樣(yang)，也(ye)隨(sui)著(zhe)時(shi)代(dai)的(de)腳(jiao)步(bu)逐(zhu)漸(jian)進(jin)化(hua)。目(mu)前(qian)時(shi)鍾(zhong)發(fa)生(sheng)器(qi)的(de)多(duo)功(gong)能(neng)與(yu)可(ke)編(bian)程(cheng)特(te)性(xing)讓(rang)使(shi)用(yong)者(zhe)在(zai)操(cao)作(zuo)上(shang)越(yue)來(lai)越(yue)便(bian)利(li)，也(ye)使(shi)廠(chang)商(shang)在(zai)產(chan)品(pin)設(she)計(ji)上(shang)更(geng)加(jia)靈(ling)活(huo)。