Wat is ringoscillator: werken en zijn toepassingen

Een oscillator wordt gebruikt om een ​​signaal te genereren met een specifieke frequentie, en deze zijn handig voor het synchroniseren van het rekenproces in digitale systemen. Het is een elektronisch circuit dat continue golfvormen produceert zonder enig ingangssignaal. De oscillator zet een gelijkstroomsignaal om in een afwisselend signaalvorm met de gewenste frequentie. Er zijn verschillende soorten oscillatoren, afhankelijk van de componenten die in de elektronische schakelingen worden gebruikt. De verschillende soorten oscillatoren zijn Weense brugoscillator, RC faseverschuivingsoscillator, Hartley-oscillator , spanningsgestuurde oscillator, Colpitts-oscillator , ringoscillator, Gunn-oscillator en kristaloscillator , etc. Aan het einde van dit artikel zullen we weten wat een ringoscillator is, afleiding , lay-out, frequentieformule en toepassingen.

Wat is een ringoscillator?

De definitie van de ringoscillator is “een oneven aantal omvormers is in serie verbonden met positieve feedback & output oscilleert tussen twee spanningsniveaus, ofwel 1 of nul, om de snelheid van het proces te meten. In plaats van omvormers kunnen we het ook definiëren met GEEN poorten. Deze oscillatoren hebben een ‘n’ oneven aantal omvormers. Als deze oscillator bijvoorbeeld 3 heeft omvormers dan wordt het een drietraps ringoscillator genoemd. Als het aantal omvormers zeven is, is het een zeven-traps ringoscillator. Het aantal invertertrappen in deze oscillator hangt voornamelijk af van de frequentie die we uit deze oscillator willen genereren.

ring-oscillator-diagram

Het ontwerp van de ringoscillator kan worden gedaan met behulp van drie inverters. Als de oscillator wordt gebruikt met een enkeltraps, zijn de oscillaties en versterking niet voldoende. Als de oscillator twee inverters heeft, zijn de oscillatie en versterking van het systeem iets meer dan die van de enkeltraps ringoscillator. Deze drietrapsoscillator heeft dus drie omvormers die in serie zijn verbonden met een positief terugkoppelingssysteem. Dus de oscillaties en de versterking van het systeem zijn voldoende. Dit is de reden om voor de drietrapsoscillator te kiezen.

“Ringoscillator gebruikt een oneven aantal inverters om meer versterking te bereiken dan een enkele inverterende versterker. De inverter geeft een vertraging aan het ingangssignaal en als het aantal inverters toeneemt, neemt de oscillatorfrequentie af. Dus de gewenste oscillatorfrequentie hangt af van het aantal invertertrappen van de oscillator. '

De frequentie van de oscillatieformule voor deze oscillator is

ring-oscillator-frequentie

Hier T = tijdsvertraging voor enkele omvormer

n = aantal inverters in de oscillator

Ring-oscillator-indeling

De bovenstaande twee diagrammen tonen de schematische en uitvoergolfvormen voor de 3-traps ringoscillator. Hier is de PMOS-grootte het dubbele van die van de NMOS. De NMOS grootte is 1,05 en PMOS is 2,1

ring-oscillator-indeling

Van deze waarden is de tijdsperiode van de drietraps ringoscillator 1,52 ns. Tegen deze periode kunnen we zeggen dat deze oscillator signalen kan produceren met een frequentie van 657,8 MHz. Om het signaal te genereren dat minder is dan deze frequentie, moeten we meer invertertrappen aan deze oscillator toevoegen. Hierdoor neemt de vertraging toe en neemt de bedrijfsfrequentie af. Om bijvoorbeeld signalen van 100 MHz of minder dan frequentiesignalen te genereren, moeten 20 aantal invertertrappen aan deze oscillator worden toegevoegd.

ring-oscillator-uitgang 2

De onderstaande afbeelding toont de lay-out van de ringoscillator. Dit is een oscillator met 71 trappen om het signaal op 27 MHz-frequenties te produceren. De omvormers die in deze oscillator worden gebruikt, zijn verbonden met L1M1 en PYL1 contact. Met dit contact worden de in- en uitgangen van de omvormers met elkaar verbonden. En de Vdd-pin is bedoeld voor bronverbindingsdoeleinden.

ring-oscillator-layout-71-fasen

Ringoscillator met transistor

De ringoscillator is een combinatie van omvormers die in serie zijn geschakeld met een feedbackverbinding. En de output van de eindtrap is weer verbonden met de begintrap van de oscillator. Dit kan ook worden gedaan door de transistorimplementatie. De onderstaande afbeelding toont de implantatie van de ringoscillator met een CMOS-transistor ​

ring-oscillator-met-transistors

• Er kan input worden gegeven aan deze oscillator via pin 6 en pin 14 verbonden met Vdd en pin 7 verbonden met aarde.
• C1, C2 en C3 zijn de condensatoren met een waarde van 0,1 uF.
• Hier moet pin 14, d.w.z. de voedingsspanning van 3.3V krijgen.
• De output van deze oscillator kan worden genomen van na de pin 12-poort.
• Stel de Vdd-waarde in op 3,3 V en stel de frequentie in op 250 Hz. En C1-, C2- en C3-condensatoren meten de stijg- en daaltijd bij elke omvormer-eindtrap. Let op de oscillatiefrequentie.
• Verbind vervolgens de Vdd-pin met 5V en herhaal het bovenstaande proces en noteer de voortplantingsvertragingstijden en frequentie van oscillaties.
• Herhaal het proces met verschillende spanningsniveaus, dan kunnen we het begrijpen, als de voedingsspanning de poortvertraging verhoogt (stijgtijd en daaltijd) afneemt. Als de voedingsspanning afneemt, neemt de vertraging van de poorten toe.

Frequentie formule

Gebaseerd op het gebruik van het aantal omvormertrappen in ring oscillatoren frequentie kan worden afgeleid door de volgende formule. Hier is de vertragingstijd van elke omvormer ook belangrijk. De uiteindelijke stabiele oscillatiefrequentie van deze oscillator is,

Hier geeft n het aantal invertertrappen aan dat in deze oscillator wordt gebruikt. T is de vertragingstijd van elke omvormertrap.

Deze oscillatorfrequentie hangt alleen af ​​van de vertragingstijdstappen en het aantal trappen dat in deze oscillator wordt gebruikt. De vertragingstijd is dus de belangrijkste parameter bij het vinden van de oscillatorfrequentie.

Toepassingen

Een paar toepassingen van deze oscillator wordt hier besproken. Zij zijn,

• Deze worden gebruikt om het effect van spanning en temperatuur op een geïntegreerde chip ​
• Tijdens het testen van wafels hebben deze oscillatoren de voorkeur.
• In frequentiesynthesizers zijn deze oscillatoren toepasbaar.
• Voor gegevenshersteldoeleinden in seriële datacommunicatie zijn deze oscillatoren nuttig.
• In fasevergrendelde lus (PLL) de VCO's kunnen worden ontworpen met behulp van deze oscillator.

NAAR ring oscillator is ontworpen om onder alle omstandigheden de gewenste frequentie te genereren. De oscillatiefrequentie is afhankelijk van het aantal trappen en de vertragingstijd van elke omvormertrap. En het effect van temperatuur en spanning van deze oscillator kan onder vijf omstandigheden worden getest. In alle verschillende testomstandigheden, als de temperatuur toeneemt, kan de tijdsperiode van de output worden verminderd in vergelijking met de laagste temperatuurwaarde. We moeten de faseruis en jitterwaarde analyseren als de temperatuur varieert.