Đơn vị cơ bản của tần số là gì? Mối quan hệ chuyển đổi như thế nào?
Đơn vị cơ bản SI của tần số là hertz, ký hiệu Hz, được đặt theo tên nhà vật lý người Đức Heinrich Hertz, 1Hz biểu thị dao động 1 lần mỗi giây (1Hz=1/s). Các đơn vị bội số nghìn phổ biến: 1 kHz (kilohertz) = 1000 Hz = 10³ Hz; 1 MHz (megahertz) = 1000 kHz = 10⁶ Hz; 1 GHz (gigahertz) = 1000 MHz = 10⁹ Hz. Mỗi cấp có quan hệ 1000 lần. Ví dụ 2.4GHz = 2.400.000.000 Hz, phát thanh AM sóng trung 1000kHz = 1MHz.
Mối quan hệ giữa tần số f và chu kỳ T là gì?
Tần số và chu kỳ là nghịch đảo của nhau: T = 1/f, f = 1/T. Tần số biểu thị số lần dao động mỗi giây, chu kỳ biểu thị thời gian cần thiết cho mỗi dao động. Ví dụ chu kỳ tương ứng với tần số công nghiệp 50Hz là T=1/50=0,02 giây=20 mili giây; chu kỳ tín hiệu 1kHz là 1ms; chu kỳ tín hiệu 1MHz là 1μs; chu kỳ tín hiệu 1GHz là 1ns. Tần số càng cao chu kỳ càng ngắn, chu kỳ tín hiệu cấp GHz chỉ 1 nano giây, rất nhạy cảm với chiều dài đường dẫn PCB (1ns≈khoảng cách truyền ánh sáng 30cm).
Làm thế nào để chuyển đổi giữa tần số và bước sóng?
Mối quan hệ giữa bước sóng điện từ λ và tần số f: λ = c/f, trong đó c≈3×10⁸m/s (tốc độ ánh sáng). Ví dụ bước sóng tương ứng với phát thanh FM 100MHz là λ=3×10⁸/10⁸=3 mét; bước sóng tương ứng với WiFi 2.4GHz là 12,5cm; bước sóng tương ứng với WiFi 5GHz là 6cm; 4G LTE 1.8GHz tương ứng là 16,7cm. Bước sóng quyết định kích thước ăng-ten (chiều dài ăng-ten lưỡng cực phổ biến=λ/2 hoặc λ/4), tần số càng cao bước sóng càng ngắn, ăng-ten có thể được làm càng nhỏ.
Tần số cấp Hz (1~999Hz) được sử dụng trong những tình huống nào?
Hz là đơn vị tần số cơ bản nhất, các ứng dụng điển hình: tần số công nghiệp điện lực 50Hz (Trung Quốc/Châu Âu), 60Hz (Mỹ/Nhật Bản); dải tần số thấp của tần số nghe được của tai người 20Hz~20kHz; âm chuẩn âm nhạc A4=440Hz; nhịp tim bình thường 60~100 lần/phút≈1~1,7Hz; sóng địa chấn dưới vài Hz; sóng não α 8~13Hz; bộ tạo dao động thạch anh đồng hồ thời gian thực (RTC) 32,768kHz cho xung nhịp thấp cấp CPU ở cấp kHz; dao động cơ học, tần số tốc độ quay động cơ, v.v.
Tần số cấp kHz (1~999kHz) được sử dụng trong những tình huống nào?
kHz bao gồm: toàn dải tần số âm thanh 20Hz~20kHz; làm sạch siêu âm/đo khoảng cách 20kHz~200kHz; phát thanh AM sóng trung 530~1710kHz; tần số hoạt động của nguồn chuyển mạch từ vài chục kHz đến vài trăm kHz (phổ biến 65kHz/100kHz/200kHz/400kHz); bộ chuyển đổi DC-DC, bộ chuyển đổi flyback/forward; tốc độ lấy mẫu âm thanh I²S 44,1kHz/48kHz/96kHz/192kHz; bộ tạo dao động thạch anh RTC 32,768kHz; bộ khuếch đại tần số trung gian; sóng mang đường dây điện PLC 10~500kHz; thu thập tín hiệu điện sinh học.
Tần số cấp MHz (1~999MHz) được sử dụng trong những tình huống nào?
MHz bao gồm các ứng dụng rất rộng: phát thanh FM 88~108MHz; truyền thông sóng ngắn/siêu ngắn 3~30MHz (HF), 30~300MHz (VHF); truyền thông hàng không 118~136MHz; băng tần VHF/UHF của bộ đàm; RFID 13,56MHz (NFC), 868/915MHz; đài FM, phát thanh TV; xung nhịp MCU/CPU từ vài chục MHz đến vài trăm MHz (STM32 phổ biến 72/168/400MHz); tín hiệu tốc độ cao USB 480Mbps; Bluetooth 2,4GHz (bước vào GHz); mô-đun không dây FM/FSK 315/433MHz.
Tần số cấp GHz (trên 1GHz) được sử dụng trong những tình huống nào?
GHz bao gồm truyền thông và tính toán tốc độ cao hiện đại: WiFi 2,4GHz/5GHz/6GHz (Wi-Fi 6E); Bluetooth 2,4GHz; lò vi sóng 2,45GHz; 4G LTE 700MHz~2,6GHz (một phần vào GHz); băng tần 5G Sub-6GHz và sóng milimet 24~40GHz; băng tần C/Ku/Ka truyền thông vệ tinh (4~40GHz); CPU PC/điện thoại hiện đại 2~4GHz đa nhân; xung nhịp bộ nhớ DDR 1,6~6,4GHz; USB 3.x 5/10Gbps; PCIe/SerDes; radar, đo khoảng cách vi sóng; UWB băng thông siêu rộng 3~10GHz.
Phạm vi tần số nghe được của tai người là bao nhiêu? Tại sao tốc độ lấy mẫu âm thanh thường dùng 44,1kHz/48kHz?
Phạm vi nghe được của tai người khoảng 20Hz~20kHz (tần số cao giảm dần theo tuổi tác, người lớn thường chỉ nghe được đến 15~17kHz). Theo định lý lấy mẫu Nyquist, tốc độ lấy mẫu phải lớn hơn 2 lần tần số cao nhất của tín hiệu để có thể tái tạo tín hiệu gốc mà không bị méo. Tốc độ lấy mẫu chất lượng CD 44,1kHz có thể bao phủ âm thanh 20kHz (2×20k=40k<44,1k), để lại một chút dải dự phòng chuyển tiếp; âm thanh/video chuyên nghiệp thường dùng 48kHz (đồng bộ với tốc độ khung hình video); âm thanh độ phân giải cao Hi-Res dùng 88,2/96/192kHz để giữ lại nhiều cảm giác không khí và âm bội hơn.
Những tần số phổ biến của bộ tạo dao động thạch anh (Crystal Oscillator) là gì?
Tần số bộ tạo dao động thạch anh thạch anh phổ biến: 32,768kHz (đồng hồ thời gian thực RTC, 2^15 thuận tiện cho việc chia tần đến 1 giây); 8MHz, 12MHz, 16MHz (xung nhịp cổ điển MCU/USB/AVR); 11,0592MHz (dùng cho chia tần chính xác tốc độ baud cổng nối tiếp); 25MHz (MII Ethernet); 24MHz (USB toàn tốc); 27MHz (USB tốc độ cao, video); 14,31818MHz (dẫn xuất từ sóng mang phụ màu NTSC, xung nhịp hệ thống PC cũ); 48MHz (USB); 50MHz (xung nhịp tham chiếu FPGA/PCIe).
Phân chia điển hình của Hz/kHz/MHz/GHz trong băng tần truyền thông không dây là gì?
Phân chia băng tần của Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU): ELF tần số cực thấp<3kHz (truyền thông điện lực/dưới biển); VLF tần số rất thấp 3~30kHz (định vị sóng dài); LF tần số thấp 30~300kHz (phát thanh sóng dài/AM Châu Âu); MF tần số trung bình 300~3000kHz (phát thanh AM sóng trung 530~1710kHz); HF tần số cao 3~30MHz (truyền thông sóng ngắn, băng tần SW của đài); VHF tần số rất cao 30~300MHz (phát thanh FM 88~108MHz, TV, bộ đàm); UHF tần số cực cao 300~3000MHz (4G, WiFi 2.4G, Bluetooth, bộ đàm); SHF tần số siêu cao 3~30GHz (WiFi 5G, 5G Sub-6, vi sóng, vệ tinh); EHF tần số cực cao 30~300GHz (sóng milimet 5G, radar).
Tần số chính CPU GHz càng cao càng nhanh không? Mối quan hệ giữa tần số chính, chu kỳ, thực thi lệnh là gì?
Tần số chính CPU biểu thị số chu kỳ xung nhịp mỗi giây, 1GHz=1 tỷ chu kỳ xung nhịp mỗi giây. Mỗi chu kỳ xung nhịp T=1/f là đơn vị thời gian cơ bản nhất của CPU, ví dụ chu kỳ CPU 3GHz khoảng 0,33ns. Nói chung CPU cùng kiến trúc thì tần số chính càng cao thực thi càng nhanh, nhưng các kiến trúc khác nhau không thể so sánh GHz đơn giản (như ARM và x86 có số lệnh mỗi chu kỳ IPC khác nhau). Ép xung là tăng tần số chính lên giá trị cao hơn cấp GHz, nhưng sẽ tăng nhiệt và tiêu thụ điện. Những năm gần đây đa nhân + nâng cao IPC phổ biến hơn là chỉ tăng GHz đơn thuần.
Công cụ này hỗ trợ những đơn vị tần số nào? Tại sao không có THz, rpm, BPM?
Công cụ này hỗ trợ 4 đơn vị tần số SI: Hz (hertz), kHz (kilohertz), MHz (megahertz), GHz (gigahertz), bao phủ hơn 99% các tình huống sử dụng hàng ngày trong kỹ thuật điện tử, vô tuyến, âm thanh, truyền thông. THz (terahertz=10¹²Hz) chủ yếu được sử dụng trong các lĩnh vực nghiên cứu rất chuyên ngành như quang phổ terahertz, hình ảnh kiểm tra an ninh; rpm (vòng/phút) là đơn vị tốc độ quay cơ học, 1rpm≈0,0167Hz, thuộc lĩnh vực cơ học; BPM (nhịp/phút) là đơn vị nhịp nhạc, bình thường 60~180BPM≈1~3Hz. Nếu có nhu cầu tần số cao trong tương lai, chúng tôi sẽ xem xét thêm vào.
