Какво е Ring Oscillator: Работа и неговите приложения

Какво е Ring Oscillator: Работа и неговите приложения

Осцилатор се използва за генериране на сигнал, който има специфична честота и те са полезни за синхронизиране на изчислителния процес в цифрови системи. Това е електронна схема, която произвежда непрекъснати вълнови форми без никакъв входен сигнал. Осцилаторът преобразува постоянен сигнал в променлива форма на сигнал с желаната честота. Има различни видове осцилатори в зависимост от компонентите, които се използват в електронните вериги. Различните видове осцилатори са Виенски мостов осцилатор, RC фазово осцилатор, Осцилатор на Хартли , осцилатор с контролирано напрежение, Осцилатор на Колпитс , пръстен осцилатор, Gunn осцилатор, и кристален осцилатор и т.н. До края на тази статия ще знаем какво е пръстенният осцилатор, деривация , оформление, честотна формула и приложения.



Какво представлява пръстенният осцилатор?

Дефиницията на пръстенния осцилатор е „нечетен брой инвертори са свързани в последователна форма с положителна обратна връзка и изходни осцилации между две нива на напрежение или 1 или нула, за да се измери скоростта на процеса. На мястото на инвертори можем да го дефинираме и с НЕ порти. Тези осцилатори имат ‘n’ нечетен брой инвертори. Например, ако този осцилатор има 3 инвертори тогава се нарича тристепенен пръстенен осцилатор. Ако броят на инвертора е седем, това е седемстепенен пръстен. Броят на инверторните каскади в този генератор зависи главно от честотата, която искаме да генерираме от този генератор.


пръстен-осцилатор-диаграма

пръстен-осцилатор-диаграма





Проектирането на пръстенния осцилатор може да се извърши с помощта на три инвертора. Ако осцилаторът се използва с едноетапен, тогава трептенията и усилването не са достатъчни. Ако осцилаторът има два инвертора, тогава трептенето и усилването на системата са малко повече от едностепенния пръстен. Така че този тристепенен осцилатор има три инвертора, които са свързани под формата на серия със система за положителна обратна връзка. Така че трептенията и усилването на системата са достатъчни. Това е причината да изберете тристепенния осцилатор.

„Пръстенният осцилатор използва нечетен брой инвертори, за да постигне по-голяма печалба от един инвертиращ усилвател. Инверторът дава забавяне на входния сигнал и ако броят на инверторите се увеличи, честотата на осцилатора ще намалее. Така че желаната честота на осцилатора зависи от броя на инверторните каскади на осцилатора. '



Формулата на s на честота на трептене за този осцилатор е

пръстен-осцилатор-честота

пръстен-осцилатор-честота

Тук T = времезакъснение за единичен инвертор


n = брой инвертори в осцилатора

Оформление на пръстенния осцилатор

Горните две диаграми показват схематичните и изходните форми на вълните за тристепенен пръстен осцилатор. Тук размерът на PMOS е два пъти по-голям от NMOS. The NMOS размер е 1,05 и PMOS е 2,1

пръстен-осцилатор-оформление

пръстен-осцилатор-оформление

От тези стойности периодът от време на тристепенния пръстен на осцилатора е 1,52ns. Към този период от време можем да кажем, че този генератор може да генерира сигнали с честота от 657.8MHz. За да генерираме сигнал, който е по-малък от тази честота, означава, че трябва да добавим повече инверторни етапи към този осцилатор. По този начин забавянето ще се увеличи и работната честота ще намалее. Например, за да се генерират сигнали от 100 MHz или по-малко от честотни сигнали, към този генератор трябва да се добавят 20 броя инверторни каскади.

пръстен-осцилатор -изход2

пръстен-осцилатор -изход2

На фигурата по-долу е показано разположението на пръстенния осцилатор Това е 71-степенен генератор за генериране на сигнала на честоти 27MHz. Инверторите, които се използват в този генератор, са свързани чрез контакт L1M1 и PYL1. С този контакт входовете и изходите на инверторите са свързани заедно. И Vdd щифтът е за целите на свързването на източника.

пръстен-осцилатор-оформление-71-етапи

пръстен-осцилатор-оформление-71-етапи

Пръстен осцилатор с помощта на транзистор

Пръстеновият осцилатор е комбинация от инвертори, свързани в последователна форма с връзка за обратна връзка. И изходът на крайния етап отново е свързан с началния етап на осцилатора. Това може да стане и чрез изпълнението на транзистора. Фигурата по-долу показва имплантирането на пръстенния осцилатор с a CMOS транзистор .

пръстен-осцилатор-използващи-транзистори

пръстен-осцилатор-използващи-транзистори

  • Входът може да се даде на този генератор чрез щифт 6 и щифт 14, свързани към Vdd и щифт 7, свързан към земята.
  • C1, C2 и C3 са кондензаторите със стойност 0,1uF.
  • Тук щифт 14 т.е. трябва да получи захранващото напрежение от 3.3V.
  • Изходът на този осцилатор може да бъде взет от след порта 12 на щифта.
  • Задайте стойността на Vdd на 3.3V и задайте честотата на 250Hz. А кондензаторите C1, C2 и C3 измерват времето за нарастване и времето за падане на всеки изходен етап на инвертора. Обърнете внимание на честотата на трептене.
  • След това свържете Vdd щифта към 5V и повторете горния процес и отбележете времето за забавяне на разпространението и честотата на трептенията.
  • Повторете процеса с няколко нива на напрежение, тогава можем да разберем, ако захранващото напрежение увеличава закъснението на вратата (времето за нарастване и времето за падане) намалява. Ако захранващото напрежение намалява, забавянето на портите се увеличава.

Честотна формула

Въз основа на използването на броя на инверторните степени в честота на пръстенови осцилатори може да се изведе по следната формула. Тук е важно и времето за забавяне на всеки инвертор. Крайната стабилна честота на трептене на този осцилатор е,

Тук n показва броя на инверторните стъпала, използвани в този генератор. T е времето на закъснение на всеки инверторен етап.

Тази честота на осцилатора зависи само от етапите на времето на закъснение и броя на етапите, използвани в този осцилатор. И така, времето на закъснение е най-важният параметър за намиране на честотата на осцилатора.

Приложения

Няколко приложения на този осцилатор ще бъдат обсъдени тук. Те са,

  • Те се използват за измерване на ефекта от напрежението и температурата върху интегриран чип .
  • По време на тестване на вафли тези осцилатори са за предпочитане.
  • В честотните синтезатори тези осцилатори са приложими.
  • За възстановяване на данни при серийни комуникации на данни тези осцилатори са полезни.
  • В фазово заключен контур (PLL) VCO могат да бъдат проектирани с помощта на този осцилатор.

ДА СЕ пръстен осцилатор е проектиран да генерира желаната честота при всякакви условия. Честотата на трептене зависи от броя на етапите и времето на закъснение на всеки инвертор. И ефектът от температурата и напрежението на този осцилатор може да бъде тестван при пет условия. При всички различни условия на изпитване, ако температурата се увеличава, периодът от време на изхода може да бъде намален в сравнение с най-малката стойност на температурата. Трябва да анализираме фазовия шум и стойността на трептене, ако температурата варира.