Ein Oszillator wird verwendet, um ein Signal mit einer bestimmten Frequenz zu erzeugen, und diese sind nützlich, um den Berechnungsprozess in digitalen Systemen zu synchronisieren. Es ist eine elektronische Schaltung, die kontinuierliche Wellenformen ohne Eingangssignal erzeugt. Der Oszillator wandelt ein Gleichstromsignal mit der gewünschten Frequenz in eine Wechselsignalform um. Abhängig von den Komponenten, die in den elektronischen Schaltungen verwendet werden, gibt es verschiedene Arten von Oszillatoren. Die verschiedenen Arten von Oszillatoren sind Wien bridge oscillator, RC Phasenverschiebungsoszillator, Hartley-Oszillator , spannungsgesteuerter Oszillator, Colpitts Oszillator , Ringoszillator, Gunn-Oszillator und Kristalloszillator usw. Am Ende dieses Artikels werden wir wissen, was ein Ringoszillator ist. Ableitung , Layout, Frequenzformel und Anwendungen.
Was ist ein Ringoszillator?
Die Definition des Ringoszillators lautet: „Eine ungerade Anzahl von Wechselrichtern ist in Reihe mit positiver Rückkopplung geschaltet. Die Ausgangsschwingungen schwanken zwischen zwei Spannungspegeln, entweder 1 oder Null, um die Geschwindigkeit des Prozesses zu messen. Anstelle von Wechselrichtern können wir dies auch mit NICHT-Gattern definieren. Diese Oszillatoren haben eine ungerade Anzahl von n Wechselrichtern. Zum Beispiel, wenn dieser Oszillator 3 hat Wechselrichter dann wird es ein dreistufiger Ringoszillator genannt. Wenn die Anzahl der Wechselrichter sieben beträgt, handelt es sich um einen siebenstufigen Ringoszillator. Die Anzahl der Wechselrichterstufen in diesem Oszillator hängt hauptsächlich von der Frequenz ab, die wir aus diesem Oszillator erzeugen möchten.
Ringoszillator-Diagramm
Der Entwurf des Ringoszillators kann mit drei Wechselrichtern erfolgen. Wenn der Oszillator einstufig eingesetzt wird, reichen die Schwingungen und die Verstärkung nicht aus. Wenn der Oszillator zwei Wechselrichter hat, sind die Schwingung und die Verstärkung des Systems etwas höher als beim einstufigen Ringoszillator. Dieser dreistufige Oszillator verfügt also über drei Wechselrichter, die in Reihe mit einem positiven Rückkopplungssystem geschaltet sind. Die Schwingungen und die Verstärkung des Systems sind also ausreichend. Dies ist der Grund, den dreistufigen Oszillator zu wählen.
„Der Ringoszillator verwendet eine ungerade Anzahl von Wechselrichtern, um mehr Verstärkung als ein einzelner invertierender Verstärker zu erzielen. Der Wechselrichter verzögert das Eingangssignal, und wenn die Anzahl der Wechselrichter erhöht wird, verringert sich die Oszillatorfrequenz. Die gewünschte Oszillatorfrequenz hängt also von der Anzahl der Wechselrichterstufen des Oszillators ab. “
Die s-Frequenz der Schwingungsformel für diesen Oszillator ist
Ringoszillatorfrequenz
Hier ist T = Zeitverzögerung für einen einzelnen Wechselrichter
n = Anzahl der Wechselrichter im Oszillator
Ringoszillator-Layout
Die obigen zwei Diagramme zeigen die schematischen und Ausgangswellenformen für einen dreistufigen Ringoszillator. Hier ist die PMOS-Größe doppelt so groß wie die des NMOS. Das NMOS Größe ist 1,05 und PMOS ist 2,1
Ring-Oszillator-Layout
Von diesen Werten beträgt die Zeitdauer des dreistufigen Ringoszillators 1,52 ns. Zu diesem Zeitpunkt können wir sagen, dass dieser Oszillator Signale mit einer Frequenz von 657,8 MHz erzeugen kann. Um ein Signal zu erzeugen, das kleiner als diese Frequenz ist, sollten wir diesem Oszillator mehr Wechselrichterstufen hinzufügen. Dadurch nimmt die Verzögerung zu und die Betriebsfrequenz ab. Um beispielsweise 100-MHz-Signale oder weniger als Frequenzsignale zu erzeugen, müssen diesem Oszillator 20 Inverterstufen hinzugefügt werden.
Ringoszillator-Ausgang2
Die folgende Abbildung zeigt das Ringoszillator-Layout. Dies ist ein 71-stufiger Oszillator zur Erzeugung des Signals bei 27-MHz-Frequenzen. Die in diesem Oszillator verwendeten Wechselrichter werden über den Kontakt L1M1 und PYL1 angeschlossen. Mit diesem Kontakt sind die Ein- und Ausgänge der Wechselrichter miteinander verbunden. Der Vdd-Pin dient zur Quellverbindung.
Ringoszillator-Layout-71-Stufen
Ringoszillator mit Transistor
Der Ringoszillator ist eine Kombination von Wechselrichtern, die in Reihe mit einer Rückkopplungsverbindung verbunden sind. Und der Ausgang der Endstufe ist wieder mit der Anfangsstufe des Oszillators verbunden. Dies kann auch durch die Transistorimplementierung erfolgen. Die folgende Abbildung zeigt die Ringoszillatorimplantation mit a CMOS-Transistor .
Ringoszillator mit Transistoren
- Dieser Oszillator kann über Pin 6 und Pin 14 an Vdd und Pin 7 an Masse angeschlossen werden.
- C1, C2 und C3 sind die Kondensatoren mit einem Wert von 0,1 uF.
- Hier sollte Pin 14 d. H. Die Versorgungsspannung von 3,3 V erhalten.
- Der Ausgang dieses Oszillators kann nach dem Pin 12-Port entnommen werden.
- Stellen Sie den Vdd-Wert auf 3,3 V und die Frequenz auf 250 Hz ein. Die Kondensatoren C1, C2 und C3 messen die Anstiegs- und Abfallzeit an jeder Wechselrichter-Ausgangsstufe. Beachten Sie die Schwingungsfrequenz.
- Schließen Sie dann den Vdd-Pin an 5 V an, wiederholen Sie den obigen Vorgang und notieren Sie die Laufzeit und die Frequenz der Schwingungen.
- Wiederholen Sie den Vorgang mit mehreren Spannungspegeln, dann können wir verstehen, wenn die Versorgungsspannung die Gate-Verzögerung erhöht (Anstiegs- und Abfallzeit). Wenn die Versorgungsspannung abnimmt, nimmt die Verzögerung der Gates zu.
Frequenzformel
Basierend auf der Anzahl der Wechselrichterstufen in Frequenz der Ringoszillatoren kann durch die folgende Formel abgeleitet werden. Hier ist auch die Verzögerungszeit jedes Wechselrichters wichtig. Die endgültige stabile Schwingungsfrequenz dieses Oszillators beträgt:
Hier gibt n die Anzahl der in diesem Oszillator verwendeten Wechselrichterstufen an. T ist die Verzögerungszeit jeder Wechselrichterstufe.
Diese Oszillatorfrequenz hängt nur von den Stufen der Verzögerungszeit und der Anzahl der in diesem Oszillator verwendeten Stufen ab. Die Verzögerungszeit ist also der wichtigste Parameter beim Ermitteln der Oszillatorfrequenz.
Anwendungen
Ein paar Anwendungen dieses Oszillators wird hier diskutiert. Sie sind,
- Diese werden verwendet, um den Einfluss von Spannung und Temperatur auf einen zu messen integrierter Chip .
- Während des Wafer-Tests werden diese Oszillatoren bevorzugt.
- In Frequenzsynthesizern sind diese Oszillatoren anwendbar.
- Für Datenwiederherstellungszwecke in der seriellen Datenkommunikation sind diese Oszillatoren nützlich.
- Im Phasenregelkreis (PLL) Die VCO können mit diesem Oszillator entworfen werden.
ZU Ringoszillator wurde entwickelt, um die gewünschte Frequenz unter allen Bedingungen zu erzeugen. Die Schwingungsfrequenz ist abhängig von der Anzahl der Stufen und der Verzögerungszeit jeder Wechselrichterstufe. Die Wirkung von Temperatur und Spannung dieses Oszillators kann unter fünf Bedingungen getestet werden. Bei allen verschiedenen Testbedingungen kann bei steigender Temperatur die Zeitspanne des Ausgangs gegenüber dem niedrigsten Temperaturwert verringert werden. Wir müssen das Phasenrauschen und den Jitterwert analysieren, wenn die Temperatur variiert.
