Oszcillátort használnak egy meghatározott frekvenciájú jel előállítására, amelyek hasznosak a számítási folyamat szinkronizálásához a digitális rendszerekben. Ez egy olyan elektronikus áramkör, amely folyamatos hullámformákat állít elő bemeneti jel nélkül. Az oszcillátor egy egyenáramú jelet váltakozó jelformává alakít át a kívánt frekvencián. Különböző típusú oszcillátorok léteznek az elektronikus áramkörökben használt alkatrészektől függően. A különböző típusú oszcillátorok Bécsi híd oszcillátor, RC fáziseltolásos oszcillátor, Hartley oszcillátor , feszültségvezérelt oszcillátor, Colpitts oszcillátor , gyűrűs oszcillátor, Gunn oszcillátor és kristályoszcillátor stb. A cikk végére megtudjuk, mi a gyűrűs oszcillátor, származtatás , elrendezés, frekvencia képlet és alkalmazások.
Mi az a gyűrűs oszcillátor?
A gyűrűs oszcillátor meghatározása: „páratlan számú inverter van soros formában csatlakoztatva pozitív visszacsatolással és kimeneti oszcillációkkal két feszültségszint között, akár 1, akár nulla, a folyamat sebességének mérésére. Az inverterek helyett a NOT kapukkal is meghatározhatjuk. Ezeknek az oszcillátoroknak „n” páratlan számú invertere van. Például, ha ennek az oszcillátornak 3 van inverterek akkor háromfokozatú gyűrűs oszcillátornak hívják. Ha az inverter száma hét, akkor ez hétfokozatú gyűrűs oszcillátor. Az inverter fokozatainak száma ebben az oszcillátorban főleg attól a frekvenciától függ, amelyet ebből az oszcillátorból elő akarunk állítani.
gyűrű-oszcillátor-diagram
A gyűrűs oszcillátor megtervezése három inverter segítségével történhet. Ha az oszcillátor egyfokozatú, akkor az oszcillációk és az erősítés nem elegendőek. Ha az oszcillátor két inverterrel rendelkezik, akkor a rendszer rezgése és erősítése valamivel több, mint az egyfokozatú gyűrűs oszcillátor. Tehát ennek a háromlépcsős oszcillátornak három invertere van, amelyek sorozatok formájában vannak összekapcsolva pozitív visszacsatolási rendszerrel. Tehát a rezgések és a rendszer erősítése elegendő. Ez az oka annak, hogy a háromfokozatú oszcillátort válasszuk.
„A gyűrűs oszcillátor páratlan számú invertert használ, hogy nagyobb erősítést érjen el, mint egyetlen invertáló erősítő. Az inverter késlelteti a bemeneti jelet, és ha az inverterek száma megnő, akkor az oszcillátor frekvenciája csökken. Tehát a kívánt oszcillátor frekvencia az oszcillátor inverter fokozatainak számától függ. '
Ennek az oszcillátornak az oszcillációs képletének s frekvenciája
gyűrű-oszcillátor-frekvencia
Itt T = késleltetés egyetlen inverterhez
n = az inverterek száma az oszcillátorban
Ring oszcillátor elrendezése
A fenti két diagram a háromfokozatú gyűrűs oszcillátor sematikus és kimeneti hullámalakját mutatja. Itt a PMOS mérete duplája, mint az NMOS-nak. A NMOS mérete 1,05, a PMOS pedig 2,1
gyűrű-oszcillátor-elrendezés
Ezekből az értékekből a háromlépcsős gyűrűoszcillátor időtartama 1,52ns. Erre az időszakra azt mondhatjuk, hogy ez az oszcillátor 657,8 MHz frekvenciatartományú jeleket képes előállítani. Ennél a frekvenciánál kisebb jel előállításához több inverter fokozatot kell hozzáadni ehhez az oszcillátorhoz. Ezzel a késés növekszik és az üzemi frekvencia csökken. Például 100 MHz-es vagy kisebb frekvenciás jelek előállításához 20 inverter fokozatot kell hozzáadni ehhez az oszcillátorhoz.
gyűrű-oszcillátor-kimenet2
Az alábbi ábra a gyűrűoszcillátor elrendezését mutatja. Ez egy 71 fokozatú oszcillátor, amely 27MHz frekvencián állítja elő a jelet. Az ebben az oszcillátorban használt invertereket az L1M1 és a PYL1 érintkezők segítségével csatlakoztatják. Ezzel az érintkezővel az inverterek bemenete és kimenete összekapcsolódik. A Vdd pin pedig forráskapcsolati célokra szolgál.
gyűrű-oszcillátor-elrendezés-71-fokozat
Ring oscillátor tranzisztor segítségével
A gyűrűs oszcillátor egy sor inverter kombinációja, amely visszacsatolással van összekötve. És az utolsó szakasz kimenete ismét összekapcsolódik az oszcillátor kezdeti szakaszával. Ez a tranzisztor megvalósításával is megtehető. Az alábbi ábra a gyűrűs oszcillátor beültetését mutatja a CMOS tranzisztor .
gyűrű-oszcillátor-használó tranzisztorok
- Ennek az oszcillátornak bemenete adható a Vdd-hez csatlakoztatott 6-os és 14-es, valamint a földhöz csatlakoztatott 7-es csapon keresztül.
- C1, C2 és C3 a 0,1uF értékű kondenzátorok.
- Itt a 14. tűnek 3,3 V tápfeszültséget kell kapnia.
- Ennek az oszcillátornak a kimenete a 12-es érintkező port után vehető fel.
- Állítsa a Vdd értéket 3,3 V-ra, és állítsa a frekvenciát 250 Hz-re. A C1, C2 és C3 kondenzátorok pedig az inverter minden kimeneti fokozatánál mérik az emelkedési és leesési időt. Vegye figyelembe az oszcilláció gyakoriságát.
- Ezután csatlakoztassa a Vdd tűt 5 V-ra, és ismételje meg a fenti folyamatot, és jegyezze fel a terjedési késleltetési időket és a rezgések frekvenciáját.
- Ismételje meg a folyamatot több feszültségszinttel, akkor megérthetjük, ha a tápfeszültség növeli a kapu késleltetését (emelkedési és zuhanási idő) csökken. Ha a tápfeszültség csökken, a kapuk késése megnő.
Frekvencia képlet
Az inverter szakaszainak számának felhasználása alapján gyűrűs oszcillátorok frekvenciája a következő képlettel származtatható. Itt minden inverter késleltetési ideje is fontos. Ennek az oszcillátornak a végleges stabil rezgési frekvenciája:
Itt n jelzi az ebben az oszcillátorban használt inverter fokozatok számát. T az egyes inverter fokozatok késleltetési ideje.
Ez az oszcillátor frekvenciája csak a késleltetési idő fázisaitól és az ebben az oszcillátorban használt fokozatok számától függ. Tehát a késleltetési idő a legfontosabb paraméter az oszcillátor frekvenciájának megtalálásában.
Alkalmazások
Néhány ennek az oszcillátornak az alkalmazásai itt lesz szó. Ők,
- Ezeket használják a feszültség és a hőmérséklet hatásának mérésére integrált chip .
- Ostya tesztelése során ezeket az oszcillátorokat részesítik előnyben.
- A frekvenciaszintetizátorokban ezek az oszcillátorok alkalmazhatók.
- A soros adatkommunikáció során az adatok helyreállítása céljából ezek az oszcillátorok hasznosak.
- Ban ben fáziszárt hurok (PLL) a VCO-k ezen oszcillátor használatával tervezhetők.
NAK NEK gyűrűs oszcillátor úgy lett kialakítva, hogy bármilyen körülmények között előállítsa a kívánt frekvenciát. Az oszcilláció gyakorisága az egyes inverterek fokozatainak számától és késleltetési idejétől függ. Ennek az oszcillátornak a hőmérséklet és a feszültség hatása öt körülmények között tesztelhető. Az összes különböző vizsgálati körülmény között, ha a hőmérséklet emelkedik, a kimenet időtartama csökkenthető a legkisebb hőmérsékleti értékhez képest. Elemeznünk kell a fáziszajt és a jitter értékét, ha a hőmérséklet változik.
