Un oscil·lador s’utilitza per generar un senyal que té una freqüència específica, que és útil per sincronitzar el procés de càlcul en sistemes digitals. És un circuit electrònic que produeix formes d'ona contínues sense cap senyal d'entrada. L'oscil·lador converteix un senyal de CC en una forma de senyal alternant a la freqüència desitjada. Hi ha diversos tipus d’oscil·ladors en funció dels components que s’utilitzin als circuits electrònics. Els diferents tipus d’oscil·ladors són Oscil·lador de pont de Viena, Oscil·lador de desplaçament de fase RC, Oscil·lador Hartley , oscil·lador controlat per tensió, Oscil·lador Colpitts , oscil·lador d'anell, oscil·lador de Gunn i oscil·lador de cristall , etc. Al final d'aquest article, sabrem què és l'oscil·lador d'anell, derivació , disseny, fórmula de freqüència i aplicacions.
Què és un oscil·lador d'anells?
La definició de l’oscil·lador d’anell és “un nombre imparell d’inversors connectats de forma seriosa amb retroalimentació positiva i la sortida oscil·la entre dos nivells de tensió 1 o zero per mesurar la velocitat del procés. En lloc dels inversors, també el podem definir amb portes NO. Aquests oscil·ladors tenen un nombre imparell d’inversors ‘n’. Per exemple, si aquest oscil·lador té 3 inversors llavors s’anomena oscil·lador d’anells de tres etapes. Si el recompte de l’inversor és de set, l’oscil·lador de l’anell de set etapes. El nombre d’etapes d’inversors d’aquest oscil·lador depèn principalment de la freqüència que volem generar a partir d’aquest oscil·lador.
diagrama-oscil·lador-anell
El disseny de l’oscil·lador anular es pot fer mitjançant tres inversors. Si l’oscil·lador s’utilitza amb una sola etapa, les oscil·lacions i el guany no són suficients. Si l'oscil·lador té dos inversors, l'oscil·lació i el guany del sistema són una mica més que l'oscil·lador d'anell d'una sola etapa. Per tant, aquest oscil·lador de tres etapes té tres inversors que es connecten en forma de sèrie amb un sistema de retroalimentació positiva. Per tant, les oscil·lacions i el guany del sistema són suficients. Aquesta és la raó per triar l’oscil·lador de tres etapes.
“L'oscil·lador d'anell utilitza un nombre imparell d'inversors per aconseguir més guanys que un amplificador d'inversió únic. L'inversor retarda el senyal d'entrada i, si augmenta el nombre d'inversors, es reduirà la freqüència de l'oscil·lador. Per tant, la freqüència desitjada de l’oscil·lador depèn del nombre d’etapes de l’inversor de l’oscil·lador. ”
La freqüència s de la fórmula d'oscil·lació d'aquest oscil·lador és
anell-oscil·lador-freqüència
Aquí T = retard de temps per a un inversor individual
n = nombre d'inversors a l'oscil·lador
Disseny de l’oscil·lador de timbre
Els dos diagrames anteriors mostren l'esquema i les formes d'ona de sortida per a un oscil·lador d'anell de 3 etapes. Aquí, la mida de PMOS és el doble que la de NMOS. El NMOS la mida és 1,05 i PMOS és 2,1
anell-oscil·lador-disseny
A partir d'aquests valors, el període de temps de l'oscil·lador d'anell de tres etapes és d'1,52ns. En aquest període de temps, podem dir que aquest oscil·lador pot produir senyals amb una freqüència de 657,8 MHz. Per generar un senyal inferior a aquesta freqüència, hauríem d’afegir més etapes d’inversors a aquest oscil·lador. Amb això, el retard augmentarà i la freqüència de funcionament disminuirà. Per exemple, per generar senyals de 100 MHz o menys que els senyals de freqüència, cal afegir a aquest oscil·lador el nombre d’etapes del convertidor.
anell-oscil·lador-sortida2
La figura següent mostra el disseny de l'oscil·lador d'anell. Es tracta d’un oscil·lador de 71 etapes per produir el senyal a freqüències de 27 MHz. Els inversors que s’utilitzen en aquest oscil·lador es connecten mitjançant contactes L1M1 i PYL1. Amb aquest contacte, les entrades i sortides dels inversors es connecten entre si. I el pin Vdd és per a connexions d'origen.
anell-oscil·lador-disseny-71-etapes
Oscil·lador d'anells mitjançant transistor
L'oscil·lador d'anell és una combinació d'inversors connectats en sèrie amb una connexió de retroalimentació. I la sortida de l'etapa final es torna a connectar a l'etapa inicial de l'oscil·lador. Això es pot fer també mitjançant la implementació del transistor. La figura següent mostra la implantació de l’oscil·lador anular amb un Transistor CMOS .
anell-oscil·lador-utilitzant-transistors
- Es pot donar entrada a aquest oscil·lador a través del pin 6 i el pin 14 connectats a Vdd i el pin 7 connectats a terra.
- C1, C2 i C3 són els condensadors que tenen un valor de 0,1uF.
- Aquí el pin 14 és a dir, hauria d’obtenir la tensió d’alimentació de 3,3 V.
- La sortida d'aquest oscil·lador es pot prendre després del port del pin 12.
- Estableix el valor Vdd a 3,3 V i estableix la freqüència a 250 Hz. I els condensadors C1, C2 i C3 mesuren el temps de pujada i de descens a cada etapa de sortida de l’inversor. Fixeu-vos en la freqüència de l’oscil·lació.
- A continuació, connecteu el pin Vdd a 5V i repetiu el procés anterior i anoteu els temps de retard de propagació i la freqüència de les oscil·lacions.
- Repetiu el procés amb diversos nivells de tensió, doncs podem comprendre si la tensió d’alimentació augmenta disminueix el retard de la porta (temps de pujada i baixada). Si la tensió d'alimentació disminueix, el retard de les portes augmenta.
Fórmula de freqüència
Basat en utilitzar el nombre d 'etapes d' inversor a freqüència d'oscil·ladors d'anell es pot derivar mitjançant la següent fórmula. Aquí el temps de retard de cada inversor també és important. La freqüència d’oscil·lació estable final d’aquest oscil·lador és,
Aquí, n indica el nombre d’etapes d’inversors que s’utilitzen en aquest oscil·lador. T és el temps de retard de cada etapa del convertidor.
Aquesta freqüència de l'oscil·lador depèn només de les etapes del temps de retard i del nombre d'etapes que s'utilitzen en aquest oscil·lador. Per tant, el temps de retard és el paràmetre més important per trobar la freqüència de l’oscil·lador.
Aplicacions
Uns quants aplicacions d’aquest oscil·lador es parlarà aquí. Ells són,
- S’utilitzen per mesurar l’efecte de la tensió i la temperatura en un xip integrat .
- Durant les proves d’hòsties, es prefereixen aquests oscil·ladors.
- En els sintetitzadors de freqüència aquests oscil·ladors són aplicables.
- A efectes de recuperació de dades en comunicacions de dades en sèrie, aquests oscil·ladors són útils.
- En bucle bloquejat de fase (PLL) es pot dissenyar el VCO mitjançant aquest oscil·lador.
A oscil·lador d'anell ha estat dissenyat per generar la freqüència desitjada en qualsevol condició. La freqüència d'oscil·lació depèn del nombre d'etapes i del temps de retard de cada etapa de l'inversor. I l’efecte de la temperatura i la tensió d’aquest oscil·lador es pot provar en cinc condicions. En totes les diferents condicions de prova, si augmenta la temperatura, es pot reduir el període de temps de la sortida en comparació amb el valor de temperatura mínim. Hem d’analitzar el soroll de fase i el valor de la fluctuació si la temperatura varia.
