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計(jì)時(shí)的故事:從擺鐘到現(xiàn)代計(jì)時(shí)

來(lái)源：http://m.hneyq.com 作者：億金電子 2025年01月13

想象一下 17 世紀(jì)之交的伽利略·伽利萊（Galileo Galilei）坐在教堂里，他的眼睛盯著一盞搖擺的枝形吊燈。Galileo 注意到了一些不同尋常的事情：無(wú)論弧線有多寬或多小，枝形吊燈完成每次擺動(dòng)所需的時(shí)間都保持不變。在微風(fēng)的吹拂下，枝形吊燈保持著恒定而可靠的節(jié)奏。這個(gè)簡(jiǎn)單的啟示將改變計(jì)時(shí)歷史的進(jìn)程。
SiTime的MEMS 32.768K振蕩器解決方案理想適用于替代可穿戴應(yīng)用及移動(dòng)應(yīng)用中對(duì)空間和功耗要求至關(guān)重要的傳統(tǒng)石英晶體（諧振器）。

第一批振蕩器 — 擺鐘

受到吊燈振蕩和等時(shí)性原理（即時(shí)間相等）的啟發(fā)，伽利略構(gòu)思了第一個(gè)擺鐘。這一理論后來(lái)被修改，并于 1657 年被克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）用于制造第一個(gè)成功的擺鐘。

惠更斯的時(shí)鐘將計(jì)時(shí)精度提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，從每天的幾分鐘提高到幾秒鐘。結(jié)果，時(shí)鐘終于獲得了擁有秒針的權(quán)利，并且變得比太陽(yáng)的每日返回更加一致，由于時(shí)間等式，太陽(yáng)每天的變化多達(dá)半分鐘。這一進(jìn)步標(biāo)志著時(shí)間的征服，因?yàn)橛?jì)時(shí)設(shè)備變得比觀察自然現(xiàn)象更準(zhǔn)確，也比 13 世紀(jì)點(diǎn)綴歐洲景觀的早期機(jī)械鐘更精確。

SiTime晶振是一家精密計(jì)時(shí)公司。他們的可編程解決方案提供豐富的功能集，使客戶能夠以更高的性能、更小的尺寸、更低的功耗和更好的可靠性來(lái)區(qū)分其產(chǎn)品。

穿越時(shí)空——擺輪與游條

對(duì)便攜式計(jì)時(shí)的需求導(dǎo)致了擺輪和螺旋游絲的發(fā)明，這是克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）的另一項(xiàng)計(jì)時(shí)進(jìn)步。這些緊湊的設(shè)備可以裝進(jìn)口袋，將時(shí)鐘帶到公海和更遠(yuǎn)的地方。由游絲控制來(lái)回?cái)[動(dòng)的擺輪允許計(jì)時(shí)裝置在任何方向運(yùn)行，標(biāo)志著計(jì)時(shí)的新時(shí)代。輪子和彈簧可以取代對(duì)重力方向高度敏感的鐘擺，如果傾斜就會(huì)停止。

惠更斯的發(fā)明為新的發(fā)現(xiàn)鋪平了道路——他的時(shí)鐘成為天文臺(tái)測(cè)量和追求精確時(shí)間測(cè)量的基礎(chǔ)。在發(fā)明擺鐘之后，惠更斯試圖開發(fā)一種使用擺輪和游絲的航海天文鐘，但最終他的早期版本在海上并不精確。

1714 年，英國(guó)議會(huì)為在海上準(zhǔn)確確定經(jīng)度頒發(fā)了經(jīng)度獎(jiǎng)。確定船只在海上的位置對(duì)于當(dāng)時(shí)的航海國(guó)家來(lái)說(shuō)極為重要。擁有海軍優(yōu)勢(shì)導(dǎo)致了皇家海軍和大英帝國(guó)的崛起。

這一優(yōu)勢(shì)要求在計(jì)時(shí)準(zhǔn)確性和彈性方面取得進(jìn)步。經(jīng)度可以使用精確的時(shí)間測(cè)量結(jié)合天文觀測(cè)來(lái)計(jì)算。因此，打造一款能夠承受海洋劇烈運(yùn)動(dòng)的精密計(jì)時(shí)器至關(guān)重要。大約 50 年后，約翰·哈里森（John Harrison）最終用他的 H4 天文臺(tái)表解決了這一挑戰(zhàn)，該表要求每天的精度在兩秒以內(nèi)，對(duì)于純機(jī)械計(jì)時(shí)器來(lái)說(shuō)，這是一項(xiàng)了不起的成就。

SiTime 提供完整的 MEMS kHz 振蕩器和 TCXO 產(chǎn)品組合。超小占位面積、μPower 操作和精度的獨(dú)特組合使該器件非常適合對(duì)空間敏感、電池驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)時(shí)。憑借可編程驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度，這些器件可以驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載，例如 BLE 睡眠時(shí)鐘、RTC、音頻和其他連接 SOC。

20 世紀(jì) — 現(xiàn)代計(jì)時(shí)的出現(xiàn)

快進(jìn)到 1900 年代初，Shortt 擺鐘發(fā)明。這個(gè)時(shí)鐘每年精確到 1 秒以內(nèi)，用兩個(gè)擺錘保持時(shí)間。主擺在真空罐中運(yùn)行，不受外部干擾。第二個(gè)鐘擺連接到 clock 機(jī)構(gòu)，并通過(guò)機(jī)電方式與 primary clock 同步。這種設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)了保持許多計(jì)時(shí)系統(tǒng)準(zhǔn)確性的關(guān)鍵要求——需要盡可能少地干擾振蕩器時(shí)基——突出了精度和彈性之間的權(quán)衡。

另一個(gè)計(jì)時(shí)新玩家在 1900 年代登上舞臺(tái)——石英晶體諧振器。1927 年石英鐘的發(fā)明是計(jì)時(shí)員穩(wěn)定性的飛躍，最終使擺鐘作為時(shí)間參考過(guò)時(shí)。石英計(jì)時(shí)的起源是 1880 年皮埃爾和雅克·居里兄弟發(fā)現(xiàn)的壓電性。他們觀察到，石英晶體在被機(jī)械力變形時(shí)會(huì)產(chǎn)生電荷。此外，電荷會(huì)導(dǎo)致物理變形，并使石英晶體以穩(wěn)定的頻率振動(dòng)。

有了石英晶體，手表變得比以往任何時(shí)候都更加準(zhǔn)確。石英鐘迅速成為時(shí)間測(cè)量的新標(biāo)準(zhǔn)，石英晶體在電子產(chǎn)品中無(wú)處不在，為我們?nèi)找鏀?shù)字化的世界奠定了基礎(chǔ)。

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