クロック発生器の原理と仕組み, 水晶発振器

前提知識
・NOT回路

■クロック発生器とは

クロック発生器とは、CPUがクロック信号を生成させるための回路のことです。クロック周波数とはこのクロック信号が生成される周波数のことで、クロック周波数が高いほどより高速な演算が実現できます。 クロック発生器の原理は大きく分けると以下二つの回路によって成り立っています。

■NOT回路

NOT回路とは論理回路の事で、以下のとおり0を入力したら1を出力し、1を入力したら0を出力します。



この特性を利用し、NOT回路の出力を以下の様にAに接続します。すると、NOT回路の出力は0と1を繰り返すようになります。これがクロック発生器の根本原理です。 (なおプログラムの世界でも、0と1を交互に出力させたい場合は"not関数"を使います)

■水晶振動子

NOT回路だけではクロック周波数をうまくコントロールできません。そこで水晶振動子を使用します。 水晶振動子とは圧電効果を利用して電圧の振動を発生させる素子で、薄膜の水晶に電圧のLow/Highを交互に与えると水晶が振動することで電圧の振動が発生します。 また水晶膜の厚さを変えることで狙いのクロック周波数にすることができます。以下がNOT回路と水晶振動子を組み合わせたクロック発生器(水晶発振器)の簡略図となります。



実際には以下のような回路図になります。

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