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所有的数字电路都需要依靠时脉信号来使组件的运作同步，主机板上的时脉电路其所扮演的脚色，就像是龙舟竞赛中站在船头的击鼓者，有规律的敲出一声一声的节奏，而水手就随着鼓声滑桨，每敲一声就滑一次桨。主机板上的数字组件也是听从时脉的指令，每一个时脉就动作一次，每单位时间内电路可运作的次数，也就取决于时脉的频率，因此时脉运作的频率即被大家视为系统运作的性能指针。
主机板时脉电路的需求
玩过硬件的读者应该都知道，主机板上处理器、芯片组和主存储器等几个主要的组件各有其工作时脉，中央处理器CPU的外部频率依照墨尔定律﹝Moore’s Law﹞不断的飙高，随着英特尔与AMD在近期推出多款新的处理器，200MHz外频的时代也正式来临﹝CPU上标示的工作速度为处理器内频，是以外频乘以倍频产生，并不由主机板时脉电路直接提供﹞。处理器和北桥芯片之间以前端总线﹝FSB﹞相连接，以CPU的外频为基准，每周期传送两次或四次数据，所以200MHz外频乘上四倍频就可以得到800MHz的FSB速度。
内存也随着CPU的脚步，工作频率快速推进到200MHz的DDR400 PC3200规格。其余南桥芯片与AGP、PCI、USB等总线则各有其业界规定的工作时脉标准，如PCI为33MHz、AGP为66MHz等等。
因此主机板的时脉电路，必须为这许多的组件提供各种不同的工作频率，以往旧式的主机板都是使用石英振荡器来处理，但石英振荡器一次只能输出一种频率，在需要多种时脉输出的新式主机板中，显然不敷使用。故有业者将这些原本散布在主机板上各处的震荡电路整合成一颗可输出各种频率的芯片，主机板采用此类时脉产生芯片将可以达到节省成本与空间的目的。
时脉产生器的基本构造
锁相回路﹝Phase Locked Loop ,PLL﹞为时脉产生器的核心技术，现代的时脉产生器只需由石英晶体提供一个基准频率，并利用一个以上的PLL，搭被不同比例的除频电路，来产生各种频率的时脉输出，取代传统系统中的多个石英晶体。时脉产生器的基本架构如图1所示。
PLL基本上为一个负回授系统，在回路中利用回授讯号，将输出端的讯号频率及相位，锁定在输入端参考讯号的频率及相位上。相位频率检知器﹝Phase Frequency Detector, PFD﹞比较基准参考频率﹝Fref﹞及回授频率﹝Fvco﹞两者之间的相位关系与频率的差异，并检知出两者相位的落差量及频率的高低差，以影响电压控制振荡器(Voltage Controlled Oscillator, VCO)的频率输出。当Fref/Q超前Fvco/P时，UP高电位输出使Fout频率加快；相反的当Fref/Q落后Fvco/P时，DN高电位输出使Fout频率减慢，最后可达到如公式所表示的稳定输出状态，因此只需调整PLL外部除频电路的P、Q、R值之间的比例，就可得到需要的输出频率。
PC超频与时脉电路的关联
超频对于计算机发烧友来说，可谓是最热衷的一个主题了。所谓超频就是强迫系统的工作时脉于高于标示的频率，从而达到提高性能的目的。
基本的超频方法即是藉由手动调整将中央处理器的工作频率提高至标准的工作频率之上，一般而言，生产中央处理器的厂商为了确保其CPU工作的稳定可靠，通常会以实际测试结果的较低规格来标示，使制造出来的计算机系统以低于CPU极限值的速度运作。因此使用者便有机会在不用付出额外成本的情形下，压榨出系统的最佳效能。
中央处理器的工作频率等于外频x倍频数，不管是调整外频或是倍频数都可达到提高中央处理器工作频率的目的，但目前大部分的CPU出厂时都已将倍频死锁固定，因此只剩下外频的部分可以由使用者动动手脚。
以往调整外频/倍频的方法，需要使用者根据说明书调整主机板上的跳线或是DIP开关，以获得想要的频率。新一代的时脉产生器，配备有SMBus﹝System Management Bus﹞接口，可由BIOS直接控制，因此使用者甚至不用拆机壳，只需坐在计算机面前，透过键盘及屏幕，即可随意的调整系统工作频率了。此外透过控制时脉产生器中的缓存器控制位，可以以极小的线性级距微调CPU的外频﹝以MHz为单位﹞，不像以往的跳线设定方式，一下子从100MHz直接跳至133MHz，CPU容易超出其极限而导致当机。
如前述提到，主机板上各个组件都有它固定的工作频率，而各个总线的工作频率和系统的频率大部分都维持固定的比例来运作。换句话说传统的时脉产生器的设计，通常是以CPU的外频作为基准频率，透过固定比例的除频，产生其余外围设备所使用的时脉。所以当使用者调高CPU外频的同时，总线及外围设备的时脉也会等比例的被提升，有的时候CPU尚未超出其运作极限，反而是外围设备的部分已经受不了而罢工了。
为了提高在超频时的系统稳定性，新一代的时脉产生器将AGP/PCI等总线的频率，采用与CPU外频「异步」(asynchronous) 的设计方式，或加入多段式的除频子系统，使用者就可以自由设定AGP/PCI的工作频率，以符合外围装置的运作需求。
或许会有读者问到，目前使用软件来调整超频的频率，那万一频率设定超过系统可接受的范围时，计算机根本就无法运作了，如何将设定调回原先可使用的状态呢？Cypress为此在时脉产生器中加入了称为看门狗定时器﹝Watchdog Timer﹞的设计，每当BIOS为系统设定了新的工作频率时，BIOS也要负责设定Watchdog Timer的倒数计时时间。系统依新的工作频率重新开机后，定时器依所设定的时间倒数，若系统正常启动，则BIOS会负责透过SMBus将定时器设定清除，系统往后就依新的工作频率运作；若是系统无法正常启动，当定时器倒数结束后，时脉产生器会发出Reset的讯号，使系统重新启动，并将时脉产生器中的频率设定回复成之前可正常工作的频率设定。因此当频率设定失败时，系统将自动重设为原始状态，使用者无须介入以硬件重设系统。
时脉产生器可简化主机板设计
专为主机板设计的时脉产生器，提供多种的可程序化特性，方便主机板厂商设计其产品。比如说，对于使用者超频的需求，藉由可程序化的时脉频率，可由BIOS中自由设定工作频率，而不需要在主机板上多加额外的控制电路。
可程控的时脉产生器，除了满足超频的目的外，其动态的频率调整能力，尚可以用于减少电源消耗，以笔记型计算机为例，系统的运作不是一直需要全部的处理器效能，此时可透过时脉的降低，减少系统的功率消耗，在使用电池电源时，延长系统持续使用的时间。
另外与使用者较为无关的时脉产生器特性，还包括可程序化的Skew与Timing，主机板厂商可配合各种不同的机板布局，调整各种界面时脉之间的时脉延迟，使各种相关界面的组件保持同步(或符合其相对的时脉延迟规格)动作。并可依各类内存的不同特性，微调时脉信号的触发相位，以方便工程师进行机板设计。
主机板厂商也时常为了符合各种电磁干扰Electromagnetic Interference﹝EMI﹞的法规烦恼，产品通常必须重复进行送测、重布线、遮蔽隔离等耗费时间精力的程序，延后产品的上市时程，大幅降低产品的获利能力。目前时脉产生器中的可程序化展频 Spread Spectrum Timing﹝SST﹞功能，则可用来降低产品的EMI。
可程序化的展频比例，可视主机板的线路不同布局，让主机板工程师自行设定最符合该主机板设计的展频比例参数，调整出最好的EMI展频效果，也使工程师能在最短的时间内，完成产品的开发，以满足市场的需求。
时脉产生器与CPU一样，也随着时代的脚步逐渐进化，目前时脉产生器多功能与可程序化的特性，让使用者在操作上越来越便利，也使厂商在产品设计上更加的灵活。
主机板时脉电路的需求
玩过硬件的读者应该都知道，主机板上处理器、芯片组和主存储器等几个主要的组件各有其工作时脉，中央处理器CPU的外部频率依照墨尔定律﹝Moore’s Law﹞不断的飙高，随着英特尔与AMD在近期推出多款新的处理器，200MHz外频的时代也正式来临﹝CPU上标示的工作速度为处理器内频，是以外频乘以倍频产生，并不由主机板时脉电路直接提供﹞。处理器和北桥芯片之间以前端总线﹝FSB﹞相连接，以CPU的外频为基准，每周期传送两次或四次数据，所以200MHz外频乘上四倍频就可以得到800MHz的FSB速度。
内存也随着CPU的脚步，工作频率快速推进到200MHz的DDR400 PC3200规格。其余南桥芯片与AGP、PCI、USB等总线则各有其业界规定的工作时脉标准，如PCI为33MHz、AGP为66MHz等等。
因此主机板的时脉电路，必须为这许多的组件提供各种不同的工作频率，以往旧式的主机板都是使用石英振荡器来处理，但石英振荡器一次只能输出一种频率，在需要多种时脉输出的新式主机板中，显然不敷使用。故有业者将这些原本散布在主机板上各处的震荡电路整合成一颗可输出各种频率的芯片，主机板采用此类时脉产生芯片将可以达到节省成本与空间的目的。
时脉产生器的基本构造
锁相回路﹝Phase Locked Loop ,PLL﹞为时脉产生器的核心技术，现代的时脉产生器只需由石英晶体提供一个基准频率，并利用一个以上的PLL，搭被不同比例的除频电路，来产生各种频率的时脉输出，取代传统系统中的多个石英晶体。时脉产生器的基本架构如图1所示。
PLL基本上为一个负回授系统，在回路中利用回授讯号，将输出端的讯号频率及相位，锁定在输入端参考讯号的频率及相位上。相位频率检知器﹝Phase Frequency Detector, PFD﹞比较基准参考频率﹝Fref﹞及回授频率﹝Fvco﹞两者之间的相位关系与频率的差异，并检知出两者相位的落差量及频率的高低差，以影响电压控制振荡器(Voltage Controlled Oscillator, VCO)的频率输出。当Fref/Q超前Fvco/P时，UP高电位输出使Fout频率加快；相反的当Fref/Q落后Fvco/P时，DN高电位输出使Fout频率减慢，最后可达到如公式所表示的稳定输出状态，因此只需调整PLL外部除频电路的P、Q、R值之间的比例，就可得到需要的输出频率。
PC超频与时脉电路的关联
超频对于计算机发烧友来说，可谓是最热衷的一个主题了。所谓超频就是强迫系统的工作时脉于高于标示的频率，从而达到提高性能的目的。
基本的超频方法即是藉由手动调整将中央处理器的工作频率提高至标准的工作频率之上，一般而言，生产中央处理器的厂商为了确保其CPU工作的稳定可靠，通常会以实际测试结果的较低规格来标示，使制造出来的计算机系统以低于CPU极限值的速度运作。因此使用者便有机会在不用付出额外成本的情形下，压榨出系统的最佳效能。
中央处理器的工作频率等于外频x倍频数，不管是调整外频或是倍频数都可达到提高中央处理器工作频率的目的，但目前大部分的CPU出厂时都已将倍频死锁固定，因此只剩下外频的部分可以由使用者动动手脚。
以往调整外频/倍频的方法，需要使用者根据说明书调整主机板上的跳线或是DIP开关，以获得想要的频率。新一代的时脉产生器，配备有SMBus﹝System Management Bus﹞接口，可由BIOS直接控制，因此使用者甚至不用拆机壳，只需坐在计算机面前，透过键盘及屏幕，即可随意的调整系统工作频率了。此外透过控制时脉产生器中的缓存器控制位，可以以极小的线性级距微调CPU的外频﹝以MHz为单位﹞，不像以往的跳线设定方式，一下子从100MHz直接跳至133MHz，CPU容易超出其极限而导致当机。
如前述提到，主机板上各个组件都有它固定的工作频率，而各个总线的工作频率和系统的频率大部分都维持固定的比例来运作。换句话说传统的时脉产生器的设计，通常是以CPU的外频作为基准频率，透过固定比例的除频，产生其余外围设备所使用的时脉。所以当使用者调高CPU外频的同时，总线及外围设备的时脉也会等比例的被提升，有的时候CPU尚未超出其运作极限，反而是外围设备的部分已经受不了而罢工了。
为了提高在超频时的系统稳定性，新一代的时脉产生器将AGP/PCI等总线的频率，采用与CPU外频「异步」(asynchronous) 的设计方式，或加入多段式的除频子系统，使用者就可以自由设定AGP/PCI的工作频率，以符合外围装置的运作需求。
或许会有读者问到，目前使用软件来调整超频的频率，那万一频率设定超过系统可接受的范围时，计算机根本就无法运作了，如何将设定调回原先可使用的状态呢？Cypress为此在时脉产生器中加入了称为看门狗定时器﹝Watchdog Timer﹞的设计，每当BIOS为系统设定了新的工作频率时，BIOS也要负责设定Watchdog Timer的倒数计时时间。系统依新的工作频率重新开机后，定时器依所设定的时间倒数，若系统正常启动，则BIOS会负责透过SMBus将定时器设定清除，系统往后就依新的工作频率运作；若是系统无法正常启动，当定时器倒数结束后，时脉产生器会发出Reset的讯号，使系统重新启动，并将时脉产生器中的频率设定回复成之前可正常工作的频率设定。因此当频率设定失败时，系统将自动重设为原始状态，使用者无须介入以硬件重设系统。
时脉产生器可简化主机板设计
专为主机板设计的时脉产生器，提供多种的可程序化特性，方便主机板厂商设计其产品。比如说，对于使用者超频的需求，藉由可程序化的时脉频率，可由BIOS中自由设定工作频率，而不需要在主机板上多加额外的控制电路。
可程控的时脉产生器，除了满足超频的目的外，其动态的频率调整能力，尚可以用于减少电源消耗，以笔记型计算机为例，系统的运作不是一直需要全部的处理器效能，此时可透过时脉的降低，减少系统的功率消耗，在使用电池电源时，延长系统持续使用的时间。
另外与使用者较为无关的时脉产生器特性，还包括可程序化的Skew与Timing，主机板厂商可配合各种不同的机板布局，调整各种界面时脉之间的时脉延迟，使各种相关界面的组件保持同步(或符合其相对的时脉延迟规格)动作。并可依各类内存的不同特性，微调时脉信号的触发相位，以方便工程师进行机板设计。
主机板厂商也时常为了符合各种电磁干扰Electromagnetic Interference﹝EMI﹞的法规烦恼，产品通常必须重复进行送测、重布线、遮蔽隔离等耗费时间精力的程序，延后产品的上市时程，大幅降低产品的获利能力。目前时脉产生器中的可程序化展频 Spread Spectrum Timing﹝SST﹞功能，则可用来降低产品的EMI。
可程序化的展频比例，可视主机板的线路不同布局，让主机板工程师自行设定最符合该主机板设计的展频比例参数，调整出最好的EMI展频效果，也使工程师能在最短的时间内，完成产品的开发，以满足市场的需求。
时脉产生器与CPU一样，也随着时代的脚步逐渐进化，目前时脉产生器多功能与可程序化的特性，让使用者在操作上越来越便利，也使厂商在产品设计上更加的灵活。
