Oscylator służy do generowania sygnału o określonej częstotliwości i są one przydatne do synchronizacji procesu obliczeniowego w systemach cyfrowych. Jest to układ elektroniczny, który wytwarza ciągłe przebiegi bez żadnego sygnału wejściowego. Oscylator przekształca sygnał prądu stałego na zmienny sygnał o żądanej częstotliwości. Istnieją różne typy oscylatorów w zależności od komponentów używanych w obwodach elektronicznych. Istnieją różne typy oscylatorów Oscylator mostu wiedeńskiego, Oscylator przesunięcia fazowego RC, Oscylator Hartley oscylator sterowany napięciem, Oscylator Colpittsa , oscylator pierścieniowy, oscylator Gunn i oscylator kwarcowy itp. Pod koniec tego artykułu dowiemy się, czym jest oscylator pierścieniowy, pochodzenie , układ, formuła częstotliwości i aplikacje.
Co to jest oscylator pierścieniowy?
Definicja oscylatora pierścieniowego to „nieparzysta liczba falowników połączonych szeregowo z dodatnim sprzężeniem zwrotnym i oscylacjami wyjściowymi między dwoma poziomami napięcia 1 lub zerem w celu pomiaru szybkości procesu. Zamiast falowników możemy to również zdefiniować za pomocą bramek NOT. Te oscylatory mają nieparzystą liczbę „n” falowników. Na przykład, jeśli ten oscylator ma 3 falowniki nazywa się to trzystopniowym oscylatorem pierścieniowym. Jeśli liczba falowników wynosi siedem, jest to siedmiostopniowy oscylator pierścieniowy. Liczba stopni falownika w tym oscylatorze zależy głównie od częstotliwości, którą chcemy wygenerować z tego oscylatora.
diagram pierścienia oscylatora
Projektowanie oscylatora pierścieniowego można wykonać za pomocą trzech falowników. Jeśli oscylator jest stosowany w trybie jednostopniowym, oscylacje i wzmocnienie nie są wystarczające. Jeśli oscylator ma dwa falowniki, to oscylacja i wzmocnienie systemu są nieco większe niż jednostopniowy oscylator pierścieniowy. Tak więc ten trzystopniowy oscylator ma trzy falowniki, które są połączone szeregowo z systemem dodatniego sprzężenia zwrotnego. Więc oscylacje i wzmocnienie systemu są wystarczające. To jest powód, dla którego warto wybrać trójstopniowy oscylator.
„Oscylator pierścieniowy wykorzystuje nieparzystą liczbę falowników, aby uzyskać większe wzmocnienie niż pojedynczy wzmacniacz odwracający. Falownik powoduje opóźnienie sygnału wejściowego i jeśli liczba falowników wzrośnie, częstotliwość oscylatora zostanie zmniejszona. Zatem żądana częstotliwość oscylatora zależy od liczby stopni inwertera oscylatora. ”
Częstotliwość wzoru oscylacyjnego dla tego oscylatora wynosi
częstotliwość oscylatora pierścienia
Tutaj T = opóźnienie czasowe dla pojedynczego falownika
n = liczba falowników w oscylatorze
Układ oscylatora pierścieniowego
Powyższe dwa schematy przedstawiają schematyczne i wyjściowe przebiegi dla 3-stopniowego oscylatora pierścieniowego. Tutaj rozmiar PMOS jest dwukrotnie większy niż NMOS. Plik NMOS rozmiar to 1,05, a PMOS to 2,1
układ pierścienia oscylatora
Z tych wartości okres czasu trzystopniowego oscylatora pierścieniowego wynosi 1,52 ns. W tym okresie czasu możemy powiedzieć, że ten oscylator może wytwarzać sygnały o częstotliwości z zakresu 657,8 MHz. Aby wygenerować sygnał, który jest mniejszy niż ta częstotliwość, powinniśmy dodać więcej stopni falownika do tego oscylatora. W ten sposób opóźnienie wzrośnie, a częstotliwość robocza spadnie. Na przykład, aby generować sygnały o częstotliwości 100 MHz lub mniejszej niż częstotliwość, do tego oscylatora należy dodać 20 stopni falownika.
pierścień-oscylator -wyjście2
Poniższy rysunek przedstawia układ oscylatora pierścieniowego. Jest to 71-stopniowy oscylator wytwarzający sygnał o częstotliwości 27 MHz. Falowniki, które są używane w tym oscylatorze, są połączone za pomocą styku L1M1 i PYL1. Za pomocą tego styku wejścia i wyjścia falowników są ze sobą połączone. A pin Vdd służy do podłączenia źródła.
układ-oscylatora-pierścieniowego-71-stopni
Oscylator pierścieniowy za pomocą tranzystora
Oscylator pierścieniowy to kombinacja falowników połączonych szeregowo z połączeniem zwrotnym. Wyjście ostatniego etapu jest ponownie połączone z początkowym etapem oscylatora. Można to zrobić również poprzez implementację tranzystora. Poniższy rysunek przedstawia implantację oscylatora pierścieniowego z rozszerzeniem Tranzystor CMOS .
tranzystory z oscylatorem pierścieniowym
- Sygnał wejściowy może być podawany do tego oscylatora przez pin 6 i pin 14 podłączone do Vdd, a pin 7 podłączony do masy.
- C1, C2 i C3 to kondensatory o wartości 0,1 uF.
- Tutaj pin 14 tj. Powinien otrzymać napięcie zasilania 3,3V.
- Wyjście tego oscylatora można pobrać z portu za pinem 12.
- Ustaw wartość Vdd na 3,3 V i ustaw częstotliwość na 250 Hz. Kondensatory C1, C2 i C3 mierzą czas narastania i opadania na każdym stopniu wyjściowym falownika. Zwróć uwagę na częstotliwość oscylacji.
- Następnie podłącz pin Vdd do 5V i powtórz powyższy proces i zanotuj czasy opóźnienia propagacji i częstotliwość oscylacji.
- Powtórz proces z kilkoma poziomami napięcia, wtedy możemy zrozumieć, czy napięcie zasilania zwiększa opóźnienie bramki (czas narastania i czas opadania) maleje. Jeśli napięcie zasilania spada, opóźnienie bramek wzrasta.
Formuła częstotliwości
Na podstawie liczby stopni falownika w częstotliwość oscylatorów pierścieniowych można wyprowadzić z następującego wzoru. Tutaj również ważny jest czas opóźnienia każdego falownika. Ostateczna stabilna częstotliwość oscylacji tego oscylatora wynosi,
Tutaj n oznacza liczbę stopni falownika używanych w tym oscylatorze. T to czas opóźnienia każdego stopnia inwertera.
Ta częstotliwość oscylatora zależy tylko od stopni czasu opóźnienia i liczby stopni stosowanych w tym oscylatorze. Zatem czas opóźnienia jest najważniejszym parametrem przy ustalaniu częstotliwości oscylatora.
Aplikacje
Kilka zastosowania tego oscylatora zostaną omówione tutaj. Oni są,
- Są one używane do pomiaru wpływu napięcia i temperatury na zintegrowany chip .
- Podczas testowania płytek te oscylatory są preferowane.
- W syntezatorach częstotliwości te oscylatory mają zastosowanie.
- Oscylatory te są przydatne do celów odzyskiwania danych w komunikacji szeregowej.
- W pętla fazowa (PLL) VCO można zaprojektować za pomocą tego oscylatora.
DO oscylator pierścieniowy został zaprojektowany do generowania żądanej częstotliwości w każdych warunkach. Częstotliwość oscylacji zależy od liczby stopni i czasu opóźnienia każdego stopnia falownika. A wpływ temperatury i napięcia tego oscylatora można przetestować w pięciu warunkach. We wszystkich różnych warunkach testowych, jeśli temperatura wzrośnie, okres wyjścia można zmniejszyć w porównaniu z najmniejszą wartością temperatury. Musimy przeanalizować szum fazowy i wartość jittera, jeśli temperatura się zmienia.
