Hva er ringoscillator: arbeid og dets applikasjoner

En oscillator brukes til å generere et signal som har en bestemt frekvens, og disse er nyttige for synkronisering av beregningsprosessen i digitale systemer. Det er en elektronisk krets som produserer kontinuerlige bølgeformer uten inngangssignal. Oscillatoren konverterer et likestrømsignal til en vekslende signalform ved ønsket frekvens. Det finnes forskjellige typer oscillatorer, avhengig av komponentene som brukes i de elektroniske kretsene. De forskjellige typer oscillatorer er Wien bro oscillator, RC faseskiftoscillator, Hartley oscillator , spenningsstyrt oscillator, Colpitts oscillator , ringoscillator, Gunnoscillator, og krystalloscillator osv. Mot slutten av denne artikkelen vil vi vite hva som er ringoscillator, avledning , layout, frekvensformel og applikasjoner.

Hva er en ringoscillator?

Definisjonen av ringoscillatoren er “et oddetall omformere er koblet i serieform med positive tilbakemeldings- og utgangssvingninger mellom to spenningsnivåer enten 1 eller null for å måle prosessens hastighet. I stedet for omformere kan vi også definere det med IKKE porter. Disse oscillatorene har et ‘n’ oddetall av omformere. For eksempel hvis denne oscillatoren har 3 omformere da kalles det en tretrinns ringoscillator. Hvis invertertallet er syv, er det syv trinns ringoscillator. Antall inverterstrinn i denne oscillatoren avhenger hovedsakelig av frekvensen vi ønsker å generere fra denne oscillatoren.

ring-oscillator-diagram

Designingen av ringoscillatoren kan gjøres ved hjelp av tre omformere. Hvis oscillatoren brukes i ett trinn, er ikke svingningene og forsterkningen tilstrekkelig. Hvis oscillatoren har to omformere, er oscillasjonen og forsterkningen av systemet litt mer enn en-trinns ringoscillatoren. Så denne tretrinnsoscillatoren har tre omformere som er koblet i serieform med et positivt tilbakemeldingssystem. Så svingningene og gevinsten til systemet er tilstrekkelig. Dette er grunnen til å velge tretrinnsoscillatoren.

“Ringoscillator bruker et oddetall omformere for å oppnå mer forsterkning enn en enkelt inverterende forsterker. Inverteren gir en forsinkelse på inngangssignalet, og hvis antallet omformere øker, vil oscillatorfrekvensen reduseres. Så ønsket oscillatorfrekvens avhenger av antall inverterstrinn i oscillatoren. ”

Frekvensen for oscillasjonsformel for denne oscillatoren er

ring-oscillator-frekvens

Her T = tidsforsinkelse for enkeltomformer

n = antall omformere i oscillatoren

Ringoscillatoroppsett

Ovennevnte to diagrammer viser skjematisk og utgangsbølgeformer for 3-trinns ringoscillator. Her er PMOS-størrelsen dobbelt enn for NMOS. De NMOS størrelsen er 1.05 og PMOS er 2.1

ring-oscillator-layout

Fra disse verdiene er tidsperioden for tretrinns ringoscillator 1,52ns. Etter denne tidsperioden kan vi si at denne oscillatoren kan produsere signaler med en frekvens på 657,8 MHz. For å generere signalet som er mindre enn denne frekvensen, bør vi legge til flere inverterstrinn til denne oscillatoren. Ved dette vil forsinkelsen øke og driftsfrekvensen reduseres. For eksempel for å generere 100MHz signaler eller mindre enn frekvenssignaler, må 20 antall inverterstrinn legges til denne oscillatoren.

ringoscillator -utgang2

Figuren nedenfor viser ringoscillatoroppsettet. Dette er en 71-trinns oscillator for å produsere signalet ved 27MHz frekvenser. Omformerne som brukes i denne oscillatoren er koblet til ved hjelp av L1M1 og PYL1-kontakten. Med denne kontakten er inngangene og utgangene til omformerne koblet sammen. Og Vdd-pin er for kildeforbindelsesformål.

ring-oscillator-layout-71-trinn

Ringoscillator ved hjelp av transistor

Ringoscillatoren er en kombinasjon av omformere som er koblet i serieform med en tilbakemeldingstilkobling. Og utgangen fra den siste fasen er igjen koblet til den første fasen av oscillatoren. Dette kan også gjøres gjennom transistorimplementeringen. Figuren nedenfor viser ringoscillatorimplantasjonen med en CMOS-transistor .

ring-oscillator-bruker-transistorer

• Inndata kan gis til denne oscillatoren gjennom pin 6 og pin 14 koblet til Vdd og pin 7 koblet til bakken.
• C1, C2 og C3 er kondensatorene med en verdi på 0.1uF.
• Her skal pin 14 dvs. få forsyningsspenningen på 3,3 V.
• Utgangen fra denne oscillatoren kan hentes fra etter pin 12-porten.
• Sett Vdd-verdien til 3.3V og sett frekvensen til 250Hz. Og kondensatorene C1, C2 og C3 måler økningstiden og falltiden på hvert omformerutgangstrinn. Legg merke til svingningsfrekvensen.
• Koble deretter Vdd-pinnen til 5V og gjenta prosessen ovenfor og noter forplantningens forsinkelsestider og frekvensen av svingninger.
• Gjenta prosessen med flere spenningsnivåer, så kan vi forstå om forsyningsspenningen øker portforsinkelsen (stigetid og falltid) avtar. Hvis forsyningsspenningen synker, øker forsinkelsen til portene.

Frekvensformel

Basert på bruk av antall inverterstrinn i ringoscillatorfrekvens kan avledes av følgende formel. Her er forsinkelsestiden for hver inverter også viktig. Den endelige stabile svingningsfrekvensen til denne oscillatoren er,

Her angir n antall inverterstrinn som brukes i denne oscillatoren. T er forsinkelsestiden for hvert inverterstrinn.

Denne oscillatorfrekvensen avhenger bare av forsinkelsestidene og antall trinn som brukes i denne oscillatoren. Så forsinkelsestiden er den viktigste parameteren for å finne oscillatorfrekvensen.

applikasjoner

Noen anvendelser av denne oscillatoren vil bli diskutert her. De er,

• Disse brukes til å måle effekten av spenning og temperatur på en integrert brikke .
• Under oblatesting foretrekkes disse oscillatorene.
• I frekvenssyntetiser er disse oscillatorene anvendelige.
• For datarekonstruksjonsformål i seriell datakommunikasjon er disse oscillatorene nyttige.
• I faselåst sløyfe (PLL) VCO-ene kan utformes ved hjelp av denne oscillatoren.

TIL ringoscillator er designet for å generere ønsket frekvens under alle forhold. Frekvensen av svingning er avhengig av antall trinn og forsinkelsestid for hvert inverterstrinn. Og effekten av temperaturen og spenningen til denne oscillatoren kan testes under fem forhold. Under alle de forskjellige testforholdene, hvis temperaturen øker, kan tidsperioden for utgangen reduseres sammenlignet med den minste temperaturverdien. Vi må analysere fasestøyen og jitterverdien hvis temperaturen varierer.