Hvad er ringoscillator: Arbejde og dets applikationer

En oscillator bruges til at generere et signal, der har en bestemt frekvens, og disse er nyttige til synkronisering af beregningsprocessen i digitale systemer. Det er et elektronisk kredsløb, der producerer kontinuerlige bølgeformer uden noget indgangssignal. Oscillatoren konverterer et jævnstrømssignal til en skiftevis signalform ved den ønskede frekvens. Der er forskellige typer oscillatorer afhængigt af de komponenter, der bruger i de elektroniske kredsløb. De forskellige typer oscillatorer er Wien bro oscillator, RC faseskiftoscillator, Hartley oscillator , spændingsstyret oscillator, Colpitts oscillator , ringoscillator, Gunn-oscillator og krystaloscillator osv. I slutningen af ​​denne artikel ved vi, hvad der er ringoscillator, afledning , layout, frekvensformel og applikationer.

Hvad er en ringoscillator?

Definitionen af ​​ringoscillatoren er “et ulige antal omformere er forbundet i serieform med positiv feedback & outputoscillater mellem to spændingsniveauer enten 1 eller nul for at måle procesens hastighed. I stedet for invertere kan vi også definere det med IKKE porte. Disse oscillatorer har et 'n' ulige antal omformere. For eksempel, hvis denne oscillator har 3 invertere så kaldes det en tretrins ringoscillator. Hvis invertertallet er syv, er det syv-trins ringoscillator. Antallet af invertertrin i denne oscillator afhænger hovedsageligt af den frekvens, som vi vil generere fra denne oscillator.

ring-oscillator-diagram

Designet af ringoscillatoren kan udføres ved hjælp af tre invertere. Hvis oscillatoren anvendes med et enkelt trin, er svingninger og forstærkning ikke tilstrækkelige. Hvis oscillatoren har to invertere, er oscillationen og forstærkningen af ​​systemet lidt mere end den enkelt-trins ringoscillator. Så denne tretrins oscillator har tre invertere, der er forbundet i form af serier med et positivt feedback-system. Så svingningerne og forstærkning af systemet er tilstrækkelige. Dette er grunden til at vælge tretrinsoscillatoren.

“Ringoscillator bruger et ulige antal invertere til at opnå mere forstærkning end en enkelt inverterende forstærker. Inverteren giver en forsinkelse af indgangssignalet, og hvis antallet af invertere øges, reduceres oscillatorfrekvensen. Så den ønskede oscillatorfrekvens afhænger af antallet af inverter-trin i oscillatoren. ”

S svingningsformlen for denne oscillator er

ring-oscillator-frekvens

Her T = tidsforsinkelse for enkelt inverter

n = antal omformere i oscillatoren

Ringoscillatorlayout

Ovenstående to diagrammer viser de skematiske og outputbølgeformer for 3-trins ringoscillator. Her er PMOS-størrelsen dobbelt end NMOS. Det NMOS størrelse er 1.05 og PMOS er 2.1

ring-oscillator-layout

Fra disse værdier er tidsperioden for den tretrins ringoscillator 1,52ns. I denne periode kan vi sige, at denne oscillator kan producere signaler med en frekvens på 657,8 MHz. For at generere et signal, der er mindre end denne frekvens, skal vi tilføje flere inverterstrin til denne oscillator. Ved dette øges forsinkelsen, og driftsfrekvensen falder. For eksempel for at generere 100 MHz signaler eller mindre end frekvenssignaler skal der tilføjes 20 antal inverterstrin til denne oscillator.

ring-oscillator -output2

Nedenstående figur viser layoutet til ringoscillatoren. Dette er en 71-trins oscillator til at producere signalet ved 27MHz frekvenser. Omformerne, der bruges i denne oscillator, er forbundet med L1M1- og PYL1-kontakten. Med denne kontakt forbindes omformernes indgang og udgang sammen. Og Vdd-pin er til kilde-forbindelsesformål.

ring-oscillator-layout-71-trin

Ringoscillator ved hjælp af transistor

Ringoscillatoren er en kombination af invertere, der er forbundet i serieform med en feedbackforbindelse. Og output fra den sidste fase er igen forbundet til den indledende fase af oscillatoren. Dette kan også gøres gennem transistorimplementeringen. Nedenstående figur viser implantation af ringoscillator med en CMOS transistor .

ring-oscillator-bruger-transistorer

• Der kan gives input til denne oscillator gennem pin 6 og pin 14 forbundet til Vdd og pin 7 forbundet til jorden.
• C1, C2 og C3 er kondensatorerne med en værdi på 0,1 uF.
• Her skal pin 14 dvs. få forsyningsspændingen på 3,3 V.
• Outputtet fra denne oscillator kan tages fra efter pin 12-porten.
• Indstil Vdd-værdien til 3.3V, og indstil frekvensen til 250Hz. Og C1-, C2- og C3-kondensatorer måler stigningstiden og faldtiden på hvert inverterudgangstrin. Bemærk hyppigheden af ​​svingning.
• Tilslut derefter Vdd-stift til 5V, og gentag ovenstående proces, og noter forplantningsforsinkelsestider og svingningsfrekvens.
• Gentag processen med flere spændingsniveauer, så kan vi forstå, hvis forsyningsspændingen øger portforsinkelsen (stigningstid og faldtid) falder. Hvis forsyningsspændingen falder, øges porternes forsinkelse.

Frekvensformel

Baseret på brug af antallet af inverterfaser i ringoscillatorfrekvens kan afledes ved hjælp af følgende formel. Her er forsinkelsestid for hver inverter også vigtig. Den endelige stabile svingningsfrekvens for denne oscillator er,

Her angiver n antallet af invertertrin, der er brugt i denne oscillator. T er forsinkelsestiden for hvert invertertrin.

Denne oscillatorfrekvens afhænger kun af stadierne af forsinkelsestid og antallet af trin, der anvendes i denne oscillator. Så forsinkelsestiden er den vigtigste parameter til at finde oscillatorfrekvensen.

Ansøgninger

Nogle få anvendelser af denne oscillator vil blive diskuteret her. De er,

• Disse bruges til at måle effekten af ​​spænding og temperatur på en integreret chip .
• Under oblatest foretrækkes disse oscillatorer.
• I frekvenssynthesizere er disse oscillatorer anvendelige.
• Til datagendannelsesformål i seriel datakommunikation er disse oscillatorer nyttige.
• I faselåst sløjfe (PLL) VCO'erne kan designes ved hjælp af denne oscillator.

TIL ringoscillator er designet til at generere den ønskede frekvens i enhver tilstand. Frekvensen af ​​svingning afhænger af antallet af trin og forsinkelsestiden for hvert invertertrin. Og effekten af ​​denne oscillators temperatur og spænding kan testes under fem forhold. Under alle de forskellige testbetingelser, hvis temperaturen stiger, kan outputperioden reduceres sammenlignet med den mindste temperaturværdi. Vi er nødt til at analysere fasestøj og jitterværdi, hvis temperaturen varierer.