O que é o oscilador de anel: funcionamento e suas aplicações

O que é o oscilador de anel: funcionamento e suas aplicações

Um oscilador é usado para gerar um sinal que possui uma frequência específica, e estes são úteis para sincronizar o processo de computação em sistemas digitais. É um circuito eletrônico que produz formas de onda contínuas sem nenhum sinal de entrada. O oscilador converte um sinal CC em uma forma de sinal alternada na frequência desejada. Existem vários tipos de osciladores dependendo dos componentes que estão sendo usados ​​nos circuitos eletrônicos. Os diferentes tipos de osciladores são Oscilador ponte de Viena, Oscilador de deslocamento de fase RC, Oscilador Hartley , oscilador controlado por tensão, Oscilador Colpitts , oscilador de anel, oscilador de Gunn e oscilador de cristal , etc. Ao final deste artigo, saberemos o que é oscilador de anel, derivação , layout, fórmula de frequência e aplicativos.



O que é um oscilador de anel?

A definição do oscilador em anel é “um número ímpar de inversores são conectados em uma forma em série com feedback positivo e a saída oscila entre dois níveis de tensão 1 ou zero para medir a velocidade do processo. No lugar de inversores, podemos defini-lo com portas NOT também. Esses osciladores têm um número ímpar 'n' de inversores. Por exemplo, se este oscilador tem 3 inversores então é chamado de oscilador de anel de três estágios. Se a contagem do inversor for sete, então é um oscilador em anel de sete estágios. O número de estágios do inversor neste oscilador depende principalmente da frequência que queremos gerar a partir deste oscilador.


diagrama de anel-oscilador

diagrama de anel-oscilador





O projeto do oscilador em anel pode ser feito usando três inversores. Se o oscilador for empregado com um único estágio, então as oscilações e o ganho não são suficientes. Se o oscilador tiver dois inversores, então a oscilação e o ganho do sistema são um pouco mais do que o oscilador em anel de estágio único. Portanto, este oscilador de três estágios possui três inversores que são conectados em forma de série com um sistema de feedback positivo. Portanto, as oscilações e o ganho do sistema são suficientes. Esta é a razão para escolher o oscilador de três estágios.

“O oscilador de anel usa um número ímpar de inversores para obter mais ganho do que um único amplificador de inversão. O inversor dá um atraso ao sinal de entrada e se o número de inversores aumentar, a frequência do oscilador diminuirá. Portanto, a frequência desejada do oscilador depende do número de estágios do inversor do oscilador. ”



A frequência s da fórmula de oscilação para este oscilador é

frequência do oscilador do anel

frequência do oscilador do anel

Aqui T = atraso de tempo para inversor único


n = número de inversores no oscilador

Layout do oscilador de anel

Os dois diagramas acima mostram as formas de onda esquemáticas e de saída para o oscilador em anel de 3 estágios. Aqui, o tamanho do PMOS é o dobro do NMOS. O NMOS o tamanho é 1,05 e PMOS é 2,1

disposição em anel oscilador

anel-oscilador-layout

A partir desses valores, o período de tempo do oscilador em anel de três estágios é 1,52 ns. Por este período de tempo, podemos dizer que este oscilador pode produzir sinais com uma faixa de frequência de 657,8MHz. Para gerar o sinal que é menor do que esta frequência significa que devemos adicionar mais estágios de inversor a este oscilador. Com isso, o atraso aumentará e a frequência de operação diminuirá. Por exemplo, para gerar sinais de 100 MHz ou menos do que os sinais de frequência, 20 vários estágios do inversor precisam ser adicionados a este oscilador.

oscilador-anel-saída2

oscilador de anel -output2

A figura abaixo mostra o layout do oscilador em anel. Este é um oscilador de 71 estágios para produzir o sinal nas frequências de 27MHz. Os inversores que são usados ​​neste oscilador são conectados através do contato L1M1 e PYL1. Com este contato, as entradas e saídas dos inversores são conectadas entre si. E o Vdd pin é para fins de conexão de fonte.

anel-oscilador-layout-71-estágios

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Oscilador de anel usando transistor

O oscilador em anel é uma combinação de inversores conectados em série com uma conexão de feedback. E a saída do estágio final é novamente conectada ao estágio inicial do oscilador. Isso também pode ser feito por meio da implementação do transistor. A figura abaixo mostra a implantação do oscilador de anel com um Transistor CMOS .

anel-oscilador-usando-transistores

anel-oscilador-usando-transistores

  • A entrada pode ser fornecida a este oscilador através dos pinos 6 e 14 conectados ao Vdd e o pino 7 conectado ao aterramento.
  • C1, C2 e C3 são os capacitores com um valor de 0,1uF.
  • Aqui o pino 14, ou seja, deve obter a tensão de alimentação de 3,3V.
  • A saída deste oscilador pode ser obtida após a porta do pino 12.
  • Defina o valor Vdd para 3,3 V e defina a frequência para 250 Hz. E os capacitores C1, C2 e C3 medem o tempo de subida e o tempo de queda em cada estágio de saída do inversor. Observe a frequência de oscilação.
  • Em seguida, conecte o pino Vdd a 5V e repita o processo acima e anote os tempos de atraso de propagação e a frequência das oscilações.
  • Repita o processo com vários níveis de tensão, então podemos entender, se a tensão de alimentação aumenta, o atraso da porta (tempo de subida e tempo de queda) diminui. Se a tensão de alimentação diminui, o atraso das portas aumenta.

Fórmula de Freqüência

Com base no uso do número de estágios do inversor em frequência de osciladores de anel pode ser derivado pela seguinte fórmula. Aqui o tempo de atraso de cada inversor também é importante. A frequência de oscilação estável final deste oscilador é,

Aqui, n indica o número de estágios do inversor usados ​​neste oscilador. T é o tempo de atraso de cada estágio do inversor.

A frequência do oscilador depende apenas dos estágios de tempo de atraso e do número de estágios usados ​​neste oscilador. Portanto, o tempo de atraso é o parâmetro mais importante para encontrar a frequência do oscilador.

Formulários

Um pouco aplicações deste oscilador será discutido aqui. Eles estão,

  • Eles são usados ​​para medir o efeito da tensão e da temperatura em um chip integrado .
  • Durante o teste de wafer, esses osciladores são preferidos.
  • Em sintetizadores de frequência, esses osciladores são aplicáveis.
  • Para fins de recuperação de dados em comunicações de dados seriais, esses osciladores são úteis.
  • No loop de bloqueio de fase (PLL) os VCOs podem ser projetados usando este oscilador.

PARA oscilador de anel foi projetado para gerar a frequência desejada em qualquer condição. A frequência de oscilação depende do número de estágios e do tempo de atraso de cada estágio do inversor. E o efeito da temperatura e da tensão desse oscilador pode ser testado em cinco condições. Em todas as diferentes condições de teste, se a temperatura aumentar, o período de tempo da saída pode ser diminuído em comparação com o menor valor de temperatura. Precisamos analisar o ruído de fase e o valor do jitter se a temperatura variar.