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计时的故事:从摆钟到现代计时

来源：http://www.hneyq.com 作者：亿金电子 2025年01月13

想象一下 17 世纪之交的伽利略·伽利莱（Galileo Galilei）坐在教堂里，他的眼睛盯着一盏摇摆的枝形吊灯。Galileo 注意到了一些不同寻常的事情：无论弧线有多宽或多小，枝形吊灯完成每次摆动所需的时间都保持不变。在微风的吹拂下，枝形吊灯保持着恒定而可靠的节奏。这个简单的启示将改变计时历史的进程。
SiTime的MEMS 32.768K振荡器解决方案理想适用于替代可穿戴应用及移动应用中对空间和功耗要求至关重要的传统石英晶体（谐振器）。

第一批振荡器 — 摆钟

受到吊灯振荡和等时性原理（即时间相等）的启发，伽利略构思了第一个摆钟。这一理论后来被修改，并于 1657 年被克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）用于制造第一个成功的摆钟。

惠更斯的时钟将计时精度提高了两个数量级，从每天的几分钟提高到几秒钟。结果，时钟终于获得了拥有秒针的权利，并且变得比太阳的每日返回更加一致，由于时间等式，太阳每天的变化多达半分钟。这一进步标志着时间的征服，因为计时设备变得比观察自然现象更准确，也比 13 世纪点缀欧洲景观的早期机械钟更精确。

SiTime晶振是一家精密计时公司。他们的可编程解决方案提供丰富的功能集，使客户能够以更高的性能、更小的尺寸、更低的功耗和更好的可靠性来区分其产品。

穿越时空——摆轮与游条

对便携式计时的需求导致了摆轮和螺旋游丝的发明，这是克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）的另一项计时进步。这些紧凑的设备可以装进口袋，将时钟带到公海和更远的地方。由游丝控制来回摆动的摆轮允许计时装置在任何方向运行，标志着计时的新时代。轮子和弹簧可以取代对重力方向高度敏感的钟摆，如果倾斜就会停止。

惠更斯的发明为新的发现铺平了道路——他的时钟成为天文台测量和追求精确时间测量的基础。在发明摆钟之后，惠更斯试图开发一种使用摆轮和游丝的航海天文钟，但最终他的早期版本在海上并不精确。

1714 年，英国议会为在海上准确确定经度颁发了经度奖。确定船只在海上的位置对于当时的航海国家来说极为重要。拥有海军优势导致了皇家海军和大英帝国的崛起。

这一优势要求在计时准确性和弹性方面取得进步。经度可以使用精确的时间测量结合天文观测来计算。因此，打造一款能够承受海洋剧烈运动的精密计时器至关重要。大约 50 年后，约翰·哈里森（John Harrison）最终用他的 H4 天文台表解决了这一挑战，该表要求每天的精度在两秒以内，对于纯机械计时器来说，这是一项了不起的成就。

SiTime 提供完整的 MEMS kHz 振荡器和 TCXO 产品组合。超小占位面积、μPower 操作和精度的独特组合使该器件非常适合对空间敏感、电池驱动的产品进行计时。凭借可编程驱动强度，这些器件可以驱动多个负载，例如 BLE 睡眠时钟、RTC、音频和其他连接 SOC。

20 世纪 — 现代计时的出现

快进到 1900 年代初，Shortt 摆钟发明。这个时钟每年精确到 1 秒以内，用两个摆锤保持时间。主摆在真空罐中运行，不受外部干扰。第二个钟摆连接到 clock 机构，并通过机电方式与 primary clock 同步。这种设计强调了保持许多计时系统准确性的关键要求——需要尽可能少地干扰振荡器时基——突出了精度和弹性之间的权衡。

另一个计时新玩家在 1900 年代登上舞台——石英晶体谐振器。1927 年石英钟的发明是计时员稳定性的飞跃，最终使摆钟作为时间参考过时。石英计时的起源是 1880 年皮埃尔和雅克·居里兄弟发现的压电性。他们观察到，石英晶体在被机械力变形时会产生电荷。此外，电荷会导致物理变形，并使石英晶体以稳定的频率振动。

有了石英晶体，手表变得比以往任何时候都更加准确。石英钟迅速成为时间测量的新标准，石英晶体在电子产品中无处不在，为我们日益数字化的世界奠定了基础。

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