Oscilátor sa používa na generovanie signálu so špecifickou frekvenciou, ktorý je užitočný na synchronizáciu výpočtového procesu v digitálnych systémoch. Jedná sa o elektronický obvod, ktorý vytvára spojité krivky bez vstupného signálu. Oscilátor prevádza dc signál do formy striedavého signálu na požadovanej frekvencii. Existujú rôzne typy oscilátorov v závislosti od komponentov, ktoré sa používajú v elektronických obvodoch. Existujú rôzne typy oscilátorov Viedenský mostný oscilátor, RC fázový posunový oscilátor, Hartleyho oscilátor , napäťovo riadený oscilátor, Colpittsov oscilátor , kruhový oscilátor, Gunnov oscilátor a kryštálový oscilátor Na konci tohto článku budeme vedieť, čo je kruhový oscilátor, odvodenie , rozloženie, vzorec frekvencie a aplikácie.
Čo je kruhový oscilátor?
Definícia kruhového oscilátora je „nepárny počet invertorov je zapojených do série s pozitívnou spätnou väzbou a výstup osciluje medzi dvoma napäťovými úrovňami, buď 1 alebo nula, na meranie rýchlosti procesu. Namiesto meničov to môžeme definovať aj pomocou NOT brán. Tieto oscilátory majú nepárny počet meničov „n“. Napríklad ak má tento oscilátor 3 invertory potom sa nazýva trojstupňový kruhový oscilátor. Ak je počet invertorov sedem, potom je to sedemstupňový kruhový oscilátor. Počet stupňov invertora v tomto oscilátore závisí hlavne od frekvencie, ktorú chceme z tohto oscilátora generovať.
kruhový oscilátorový diagram
Návrh kruhového oscilátora je možné vykonať pomocou troch striedačov. Ak sa oscilátor používa s jednostupňovým, potom oscilácie a zosilnenie nie sú dostatočné. Ak má oscilátor dva invertory, potom sú oscilácie a zosilnenie systému o niečo väčšie ako jednostupňový kruhový oscilátor. Takže tento trojstupňový oscilátor má tri invertory, ktoré sú spojené vo forme série so systémom pozitívnej spätnej väzby. Takže oscilácie a zisk systému sú dostatočné. To je dôvod, prečo zvoliť trojstupňový oscilátor.
„Kruhový oscilátor používa nepárny počet invertorov na dosiahnutie väčšieho zisku ako jediný invertujúci zosilňovač. Striedač dáva oneskorenie vstupnému signálu a ak sa zvýši počet striedačov, potom sa frekvencia oscilátora zníži. Požadovaná frekvencia oscilátora teda závisí od počtu stupňov invertora oscilátora. “
Frekvencia vzorca oscilácie pre tento oscilátor je
frekvencia kruhového oscilátora
Tu T = časové oneskorenie pre jeden invertor
n = počet striedačov v oscilátore
Rozloženie kruhového oscilátora
Vyššie uvedené dva diagramy zobrazujú schematické a výstupné krivky pre 3-stupňový kruhový oscilátor. Tu je veľkosť PMOS dvojnásobná ako v prípade NMOS. The NMOS veľkosť je 1,05 a PMOS je 2,1
rozloženie krúžkového oscilátora
Z týchto hodnôt je časová perióda trojstupňového kruhového oscilátora 1,52ns. Do tohto časového obdobia môžeme povedať, že tento oscilátor dokáže produkovať signály s frekvenciou 657,8 MHz. Generovanie signálu, ktorý je menší ako táto frekvencia, znamená, že by sme k tomuto oscilátoru mali pridať viac stupňov meniča. Týmto sa oneskorenie zvýši a prevádzková frekvencia sa zníži. Napríklad pre generovanie 100MHz signálov alebo menej ako frekvenčných signálov je k tomuto oscilátoru potrebné pridať 20 stupňov invertora.
ring-oscillator -output2
Na nasledujúcom obrázku je znázornené rozloženie kruhového oscilátora. Jedná sa o 71 stupňový oscilátor na výrobu signálu pri frekvenciách 27 MHz. Meniče, ktoré sa používajú v tomto oscilátore, sú spojené pomocou kontaktov L1M1 a PYL1. S týmto kontaktom sú vstupy a výstupy striedačov navzájom spojené. Pin Vdd slúži na účely pripojenia zdroja.
ring-oscillator-layout-71-levels
Kruhový oscilátor pomocou tranzistora
Krúžkový oscilátor je kombináciou striedačov zapojených do série so spätnoväzbovým pripojením. A výstup koncového stupňa je opäť spojený s počiatočným stupňom oscilátora. To sa dá dosiahnuť aj implementáciou tranzistora. Na nasledujúcom obrázku je znázornená implantácia kruhového oscilátora s a CMOS tranzistor .
tranzistory pouzivajuce kruhovy oscilator
- Vstup môže byť daný do tohto oscilátora cez pin 6 a pin 14 pripojený k Vdd a pin 7 pripojený k zemi.
- C1, C2 a C3 sú kondenzátory s hodnotou 0,1 uF.
- Tu by kolík 14, tj. Mal dostať napájacie napätie 3,3 V.
- Výstup tohto oscilátora je možné brať za portom pin 12.
- Nastavte hodnotu Vdd na 3,3 V a nastavte frekvenciu na 250 Hz. A kondenzátory C1, C2 a C3 merajú čas nábehu a času pádu v každom výstupnom stupni invertora. Všimnite si frekvenciu kmitania.
- Potom pripojte kolík Vdd na 5V a vyššie uvedený postup zopakujte a zaznamenajte si časy oneskorenia šírenia a frekvenciu kmitov.
- Opakujte postup s niekoľkými úrovňami napätia, potom môžeme pochopiť, že ak sa napájacie napätie zvyšuje, oneskorenie brány (čas nábehu a času poklesu) klesá. Ak napájacie napätie klesá, oneskorenie brán sa zvyšuje.
Frekvenčný vzorec
Na základe použitia počtu stupňov meniča v frekvencia kruhových oscilátorov možno odvodiť z nasledujúceho vzorca. Tu je tiež dôležitá doba oneskorenia každého striedača. Konečná stabilná frekvencia kmitania tohto oscilátora je,
Tu n označuje počet stupňov meniča použitých v tomto oscilátore. T je doba oneskorenia každého stupňa meniča.
Táto frekvencia oscilátora závisí iba od stupňov času oneskorenia a počtu stupňov použitých v tomto oscilátore. Takže čas oneskorenia je najdôležitejším parametrom pri hľadaní frekvencie oscilátora.
Aplikácie
Zopár aplikácie tohto oscilátora tu sa bude diskutovať. Oni sú,
- Používajú sa na meranie vplyvu napätia a teploty na integrovaný čip .
- Počas testovania oblátok sú tieto oscilátory preferované.
- Vo frekvenčných syntetizátoroch sú tieto oscilátory použiteľné.
- Na účely obnovy dát v sériovej dátovej komunikácii sú tieto oscilátory užitočné.
- V fázovo blokovaná slučka (PLL) VCO je možné navrhnúť pomocou tohto oscilátora.
TO kruhový oscilátor bol navrhnutý na generovanie požadovanej frekvencie za akýchkoľvek podmienok. Frekvencia kmitania závisí od počtu stupňov a času oneskorenia každého stupňa meniča. A vplyv teploty a napätia tohto oscilátora je možné testovať za piatich podmienok. Ak sa teplota zvýši za všetkých rôznych skúšobných podmienok, možno dobu výstupu znížiť v porovnaní s najmenšou hodnotou teploty. Ak sa teplota mení, musíme analyzovať hodnotu fázového šumu a chvenia.
