Ένας ταλαντωτής χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενός σήματος που έχει μια συγκεκριμένη συχνότητα, και αυτά είναι χρήσιμα για το συγχρονισμό της διαδικασίας υπολογισμού σε ψηφιακά συστήματα. Είναι ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα που παράγει συνεχείς κυματομορφές χωρίς σήμα εισόδου. Ο ταλαντωτής μετατρέπει ένα σήμα dc σε εναλλακτική μορφή σήματος στην επιθυμητή συχνότητα. Υπάρχουν διάφοροι τύποι ταλαντωτών ανάλογα με τα εξαρτήματα που χρησιμοποιούν στα ηλεκτρονικά κυκλώματα. Οι διαφορετικοί τύποι ταλαντωτών είναι Ταλαντωτής γέφυρας της Βιέννης, Ταλαντωτής μετατόπισης φάσης RC, Ταλαντωτής Hartley , ταλαντωτής ελεγχόμενης τάσης, Ταλαντωτής Colpitts , ταλαντωτής δακτυλίου, ταλαντωτής Gunn και ταλαντωτής κρυστάλλου , κ.λπ. Μέχρι το τέλος αυτού του άρθρου, θα γνωρίζουμε, τι είναι ο ταλαντωτής δακτυλίου, παραγωγή , διάταξη, τύπος συχνότητας και εφαρμογές.
Τι είναι ένας ταλαντωτής δακτυλίου;
Ο ορισμός του ταλαντωτή δακτυλίου είναι «ένας περίεργος αριθμός μετατροπέων συνδέονται σε μορφή σειράς με θετική ανάδραση και ταλαντώσεις εξόδου μεταξύ δύο επιπέδων τάσης είτε 1 είτε μηδέν για τη μέτρηση της ταχύτητας της διαδικασίας. Στη θέση των μετατροπέων, μπορούμε επίσης να το ορίσουμε με ΟΧΙ πύλες. Αυτοί οι ταλαντωτές έχουν έναν περίεργο αριθμό μετατροπέων «n». Για παράδειγμα, εάν αυτός ο ταλαντωτής έχει 3 μετατροπείς τότε ονομάζεται ταλαντωτής δακτυλίου τριών σταδίων. Εάν ο αριθμός των αντιστροφέων είναι επτά, τότε είναι ταλαντωτής επτά σταδίων. Ο αριθμός των σταδίων του μετατροπέα σε αυτόν τον ταλαντωτή εξαρτάται κυρίως από τη συχνότητα που θέλουμε να δημιουργήσουμε από αυτόν τον ταλαντωτή.
δακτύλιο-ταλαντωτής-διάγραμμα
Ο σχεδιασμός του ταλαντωτή δακτυλίου μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας τρεις μετατροπείς. Εάν ο ταλαντωτής χρησιμοποιείται με ένα στάδιο, τότε οι ταλαντώσεις & κέρδος δεν επαρκούν. Εάν ο ταλαντωτής έχει δύο μετατροπείς, τότε η ταλάντωση και το κέρδος του συστήματος είναι λίγο περισσότερο από τον ταλαντωτή δακτυλίου ενός σταδίου. Έτσι, αυτός ο ταλαντωτής τριών σταδίων έχει τρεις μετατροπείς που συνδέονται με τη μορφή σειράς με σύστημα θετικής ανάδρασης. Έτσι, οι ταλαντώσεις και το κέρδος του συστήματος είναι επαρκείς. Αυτός είναι ο λόγος για να επιλέξετε τον ταλαντωτή τριών σταδίων.
«Ο ταλαντωτής δακτυλίου χρησιμοποιεί έναν περίεργο αριθμό μετατροπέων για να επιτύχει μεγαλύτερο κέρδος από έναν απλό ενισχυτή αντιστροφής. Ο μετατροπέας δίνει καθυστέρηση στο σήμα εισόδου και εάν οι αριθμοί των μετατροπέων αυξάνονται τότε η συχνότητα ταλαντωτή θα μειωθεί. Έτσι, η επιθυμητή συχνότητα ταλαντωτή εξαρτάται από τον αριθμό των σταδίων του μετατροπέα του ταλαντωτή. '
Η συχνότητα του τύπου ταλάντωσης για αυτόν τον ταλαντωτή είναι
δακτύλιος-ταλαντωτής-συχνότητα
Εδώ T = χρονική καθυστέρηση για έναν μετατροπέα
n = αριθμός μετατροπέων στον ταλαντωτή
Διάταξη ταλαντωτή δαχτυλιδιών
Τα παραπάνω δύο διαγράμματα δείχνουν τις σχηματικές και κυματομορφές εξόδου για ταλαντωτή 3 σταδίων. Εδώ, το μέγεθος PMOS είναι διπλάσιο από το NMOS. ο NMOS το μέγεθος είναι 1,05 και το PMOS είναι 2,1
δακτύλιος-ταλαντωτής-διάταξη
Από αυτές τις τιμές, η χρονική περίοδος του ταλαντωτή δακτυλίου τριών σταδίων είναι 1,52ns. Μέχρι αυτή τη χρονική περίοδο, μπορούμε να πούμε ότι αυτός ο ταλαντωτής μπορεί να παράγει σήματα με συχνότητα εύρους 657,8MHz. Για τη δημιουργία σήματος που είναι μικρότερη από αυτήν τη συχνότητα σημαίνει ότι πρέπει να προσθέσουμε περισσότερα στάδια μετατροπέα σε αυτόν τον ταλαντωτή. Με αυτό, η καθυστέρηση θα αυξηθεί και η συχνότητα λειτουργίας θα μειωθεί. Για παράδειγμα, για τη δημιουργία σημάτων 100MHz ή λιγότερο από τα σήματα συχνότητας, πρέπει να προστεθεί 20 αριθμός σταδίων μετατροπέα σε αυτόν τον ταλαντωτή.
δαχτυλίδι-ταλαντωτής-έξοδος2
Το παρακάτω σχήμα δείχνει τη διάταξη του ταλαντωτή δακτυλίου. Αυτός είναι ένας ταλαντωτής 71 σταδίων για την παραγωγή του σήματος σε συχνότητες 27MHz. Οι μετατροπείς που χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον ταλαντωτή συνδέονται χρησιμοποιώντας την επαφή L1M1 και PYL1. Με αυτήν την επαφή, η είσοδος και η έξοδος των μετατροπέων συνδέονται μεταξύ τους. Και η καρφίτσα Vdd προορίζεται για σκοπούς σύνδεσης πηγής.
δαχτυλίδι-ταλαντωτής-διάταξη-71-στάδια
Ring Oscillator χρησιμοποιώντας τρανζίστορ
Ο ταλαντωτής δακτυλίου είναι ένας συνδυασμός μετατροπέων συνδεδεμένων σε μορφή σειράς με σύνδεση ανατροφοδότησης. Και η έξοδος του τελικού σταδίου συνδέεται ξανά με το αρχικό στάδιο του ταλαντωτή. Αυτό μπορεί να γίνει και με την εφαρμογή τρανζίστορ. Το παρακάτω σχήμα δείχνει την εμφύτευση του ταλαντωτή δακτυλίου με ένα Τρανζίστορ CMOS .
τρανζίστορ που χρησιμοποιούν ταλαντωτή δακτυλίου
- Η είσοδος μπορεί να δοθεί σε αυτόν τον ταλαντωτή μέσω του ακροδέκτη 6 και του ακροδέκτη 14 συνδεδεμένου στο Vdd και του ακροδέκτη 7 συνδεδεμένου στη γείωση.
- Οι C1, C2 και C3 είναι οι πυκνωτές που έχουν τιμή 0,1uF.
- Εδώ ο πείρος 14 δηλ. Πρέπει να πάρει την τάση τροφοδοσίας 3,3V.
- Η έξοδος αυτού του ταλαντωτή μπορεί να ληφθεί μετά τη θύρα ακίδων 12.
- Ορίστε την τιμή Vdd στα 3.3V και ορίστε τη συχνότητα στα 250Hz. Και οι πυκνωτές C1, C2 και C3 μετρούν τον χρόνο ανόδου και τον χρόνο πτώσης σε κάθε στάδιο εξόδου μετατροπέα. Σημειώστε τη συχνότητα ταλάντωσης.
- Στη συνέχεια, συνδέστε το Vdd pin στο 5V και επαναλάβετε την παραπάνω διαδικασία και σημειώστε τους χρόνους καθυστέρησης διάδοσης και τη συχνότητα των ταλαντώσεων.
- Επαναλάβετε τη διαδικασία με πολλά επίπεδα τάσης, τότε μπορούμε να καταλάβουμε, εάν η τάση τροφοδοσίας αυξάνει την καθυστέρηση πύλης (χρόνος αύξησης και χρόνος πτώσης). Εάν μειωθεί η τάση τροφοδοσίας, η καθυστέρηση των πυλών αυξάνεται.
Τύπος συχνότητας
Με βάση τη χρήση του αριθμού των σταδίων μετατροπέα σε συχνότητα ταλαντωτών δακτυλίου μπορεί να προκύψει με τον ακόλουθο τύπο. Εδώ είναι επίσης σημαντικός ο χρόνος καθυστέρησης κάθε μετατροπέα. Η τελική σταθερή συχνότητα ταλάντωσης αυτού του ταλαντωτή είναι,
Εδώ, το n δείχνει τον αριθμό των σταδίων μετατροπέα που χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον ταλαντωτή. T είναι ο χρόνος καθυστέρησης κάθε σταδίου μετατροπέα.
Αυτή η συχνότητα ταλαντωτή εξαρτάται μόνο από τα στάδια του χρόνου καθυστέρησης και τον αριθμό των σταδίων που χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον ταλαντωτή. Έτσι, ο χρόνος καθυστέρησης είναι η πιο σημαντική παράμετρος για την εύρεση της συχνότητας του ταλαντωτή.
Εφαρμογές
Λίγα εφαρμογές αυτού του ταλαντωτή θα συζητηθεί εδώ. Αυτοί είναι,
- Αυτά χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της επίδρασης της τάσης και της θερμοκρασίας σε ένα ενσωματωμένο τσιπ .
- Κατά τη διάρκεια της δοκιμής γκοφρέτας, προτιμώνται αυτοί οι ταλαντωτές.
- Στους συνθέτες συχνότητας αυτοί οι ταλαντωτές ισχύουν.
- Για σκοπούς ανάκτησης δεδομένων σε σειριακές επικοινωνίες δεδομένων, αυτοί οι ταλαντωτές είναι χρήσιμοι.
- Σε βρόχος κλειδώματος φάσης (PLL) τα VCO μπορούν να σχεδιαστούν χρησιμοποιώντας αυτόν τον ταλαντωτή.
ΠΡΟΣ ΤΗΝ ταλαντωτής δαχτυλιδιών έχει σχεδιαστεί για να παράγει την επιθυμητή συχνότητα σε οποιαδήποτε κατάσταση. Η συχνότητα ταλάντωσης εξαρτάται από τον αριθμό των σταδίων και το χρόνο καθυστέρησης κάθε σταδίου του μετατροπέα. Και η επίδραση της θερμοκρασίας και της τάσης αυτού του ταλαντωτή μπορεί να ελεγχθεί σε πέντε συνθήκες. Σε όλες τις διαφορετικές συνθήκες δοκιμής εάν η θερμοκρασία αυξηθεί, η χρονική περίοδος της εξόδου μπορεί να μειωθεί σε σύγκριση με τη μικρότερη τιμή θερμοκρασίας. Πρέπει να αναλύσουμε τον θόρυβο φάσης και την τιμή jitter εάν η θερμοκρασία μεταβάλλεται.
