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計時的故事:從擺鐘到現代計時

來源：http://m.py519.com 作者：億金電子 2025年01月13

想象一下 17 世紀之交的伽利略·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：無論弧線有多寬或多小，枝形吊燈完成每次擺動所需的時間都保持不變。在微風的吹拂下，枝形吊燈保持著恒定而可靠的節奏。這個簡單的啟示將改變計時歷史的進程。
SiTime的MEMS 32.768K振蕩器解決方案理想適用于替代可穿戴應用及移動應用中對空間和功耗要求至關重要的傳統石英晶體（諧振器）。

第一批振蕩器 — 擺鐘

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

惠更斯的時鐘將計時精度提高了兩個數量級，從每天的幾分鐘提高到幾秒鐘。結果，時鐘終于獲得了擁有秒針的權利，并且變得比太陽的每日返回更加一致，由于時間等式，太陽每天的變化多達半分鐘。這一進步標志著時間的征服，因為計時設備變得比觀察自然現象更準確，也比 13 世紀點綴歐洲景觀的早期機械鐘更精確。

SiTime晶振是一家精密計時公司。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區分其產品。

穿越時空——擺輪與游條

對便攜式計時的需求導致了擺輪和螺旋游絲的發明，這是克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）的另一項計時進步。這些緊湊的設備可以裝進口袋，將時鐘帶到公海和更遠的地方。由游絲控制來回擺動的擺輪允許計時裝置在任何方向運行，標志著計時的新時代。輪子和彈簧可以取代對重力方向高度敏感的鐘擺，如果傾斜就會停止。

惠更斯的發明為新的發現鋪平了道路——他的時鐘成為天文臺測量和追求精確時間測量的基礎。在發明擺鐘之后，惠更斯試圖開發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，英國議會為在海上準確確定經度頒發了經度獎。確定船只在海上的位置對于當時的航海國家來說極為重要。擁有海軍優勢導致了皇家海軍和大英帝國的崛起。

這一優勢要求在計時準確性和彈性方面取得進步。經度可以使用精確的時間測量結合天文觀測來計算。因此，打造一款能夠承受海洋劇烈運動的精密計時器至關重要。大約 50 年后，約翰·哈里森（John Harrison）最終用他的 H4 天文臺表解決了這一挑戰，該表要求每天的精度在兩秒以內，對于純機械計時器來說，這是一項了不起的成就。

SiTime 提供完整的 MEMS kHz 振蕩器和 TCXO 產品組合。超小占位面積、μPower 操作和精度的獨特組合使該器件非常適合對空間敏感、電池驅動的產品進行計時。憑借可編程驅動強度，這些器件可以驅動多個負載，例如 BLE 睡眠時鐘、RTC、音頻和其他連接 SOC。

20 世紀 — 現代計時的出現

快進到 1900 年代初，Shortt 擺鐘發明。這個時鐘每年精確到 1 秒以內，用兩個擺錘保持時間。主擺在真空罐中運行，不受外部干擾。第二個鐘擺連接到 clock 機構，并通過機電方式與 primary clock 同步。這種設計強調了保持許多計時系統準確性的關鍵要求——需要盡可能少地干擾振蕩器時基——突出了精度和彈性之間的權衡。

另一個計時新玩家在 1900 年代登上舞臺——石英晶體諧振器。1927 年石英鐘的發明是計時員穩定性的飛躍，最終使擺鐘作為時間參考過時。石英計時的起源是 1880 年皮埃爾和雅克·居里兄弟發現的壓電性。他們觀察到，石英晶體在被機械力變形時會產生電荷。此外，電荷會導致物理變形，并使石英晶體以穩定的頻率振動。

有了石英晶體，手表變得比以往任何時候都更加準確。石英鐘迅速成為時間測量的新標準，石英晶體在電子產品中無處不在，為我們日益數字化的世界奠定了基礎。

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