발진기는 특정 주파수를 갖는 신호를 생성하는 데 사용되며 디지털 시스템에서 계산 프로세스를 동기화하는 데 유용합니다. 입력 신호없이 연속 파형을 생성하는 전자 회로입니다. 발진기는 원하는 주파수에서 dc 신호를 교번 신호 형태로 변환합니다. 전자 회로에 사용되는 부품에 따라 다양한 유형의 발진기가 있습니다. 다양한 유형의 오실레이터는 비엔나 브리지 발진기, RC 위상 편이 발진기, 하틀리 발진기 , 전압 제어 발진기, Colpitts 발진기 , 링 오실레이터, 건 오실레이터 및 수정 발진기 , 등등.이 기사의 끝에서 우리는 링 오실레이터가 무엇인지 알게 될 것입니다. 유도 , 레이아웃, 주파수 공식 및 애플리케이션.
링 오실레이터 란?
링 오실레이터의 정의는“홀수 개의 인버터가 직렬 형태로 연결되어 있으며 공정 속도를 측정하기 위해 양의 피드백 및 출력이 두 전압 레벨 사이에서 1 또는 0으로 진동합니다. 인버터 대신 NOT 게이트로도 정의 할 수 있습니다. 이러한 오실레이터에는 'n'개의 홀수 인버터가 있습니다. 예를 들어이 오실레이터가 3 인버터 그런 다음 3 단계 링 오실레이터라고합니다. 인버터 카운트가 7이면 7 단계 링 오실레이터입니다. 이 발진기의 인버터 단계 수는 주로이 발진기에서 생성하려는 주파수에 따라 달라집니다.
링 발진기 다이어그램
링 오실레이터의 설계는 3 개의 인버터를 사용하여 수행 할 수 있습니다. 발진기가 단일 단계로 사용되는 경우 발진 및 이득이 충분하지 않습니다. 발진기에 2 개의 인버터가있는 경우 시스템의 발진 및 이득은 단일 단계 링 발진기보다 약간 더 큽니다. 따라서이 3 단계 발진기에는 포지티브 피드백 시스템과 직렬 형태로 연결된 세 개의 인버터가 있습니다. 따라서 시스템의 진동 및 이득으로 충분합니다. 이것이 3 단 오실레이터를 선택하는 이유입니다.
“링 오실레이터는 홀수 개의 인버터를 사용하여 단일 반전 증폭기보다 더 많은 이득을 얻습니다. 인버터는 입력 신호에 지연을 제공하고 인버터 수가 증가하면 발진기 주파수가 감소합니다. 따라서 원하는 발진기 주파수는 발진기의 인버터 단 수에 따라 달라집니다.”
이 발진기에 대한 발진 공식의 주파수는 다음과 같습니다.
링 발진기 주파수
여기서 T = 단일 인버터의 시간 지연
n = 발진기의 인버터 수
“모터와 발전기는 ”
링 오실레이터 레이아웃
위의 두 다이어그램은 3 단 링 오실레이터의 회로도와 출력 파형을 보여줍니다. 여기서 PMOS 크기는 NMOS의 두 배입니다. 그만큼 NMOS 크기는 1.05이고 PMOS는 2.1입니다.
링 발진기 레이아웃
이 값에서 3 단계 링 오실레이터의 시간주기는 1.52ns입니다. 이 기간까지이 발진기는 657.8MHz 범위의 주파수로 신호를 생성 할 수 있다고 말할 수 있습니다. 이 주파수보다 작은 신호를 생성하려면이 오실레이터에 더 많은 인버터 단계를 추가해야합니다. 이로 인해 지연이 증가하고 작동 주파수가 감소합니다. 예를 들어 100MHz 이하의 주파수 신호를 생성하려면이 발진기에 20 개의 인버터 스테이지를 추가해야합니다.
링 발진기 -output2
아래 그림은 링 오실레이터 레이아웃을 보여줍니다. 27MHz 주파수에서 신호를 생성하는 71 단 발진기입니다. 이 발진기에 사용되는 인버터는 L1M1 및 PYL1 접점을 사용하여 연결됩니다. 이 접점을 통해 인버터의 입력과 출력이 함께 연결됩니다. 그리고 Vdd 핀은 소스 연결 용입니다.
링 발진기 레이아웃 71 단계
트랜지스터를 사용한 링 발진기
링 오실레이터는 피드백 연결을 통해 직렬 형태로 연결된 인버터의 조합입니다. 그리고 최종 단계의 출력은 다시 오실레이터의 초기 단계에 연결됩니다. 이것은 트랜지스터 구현을 통해서도 가능합니다. 아래 그림은 링 오실레이터 주입을 보여줍니다. CMOS 트랜지스터 .
링 발진기 사용 트랜지스터
- Vdd에 연결된 핀 6과 핀 14와 접지에 연결된 핀 7을 통해이 오실레이터에 입력을 제공 할 수 있습니다.
- C1, C2 및 C3는 0.1uF 값을 갖는 커패시터입니다.
- 여기서 핀 14는 3.3V의 공급 전압을 가져야합니다.
- 이 발진기의 출력은 핀 12 포트 이후에서 가져올 수 있습니다.
- Vdd 값을 3.3V로 설정하고 주파수를 250Hz로 설정합니다. 그리고 C1, C2 및 C3 커패시터는 각 인버터 출력 단계에서 상승 시간과 하강 시간을 측정합니다. 진동 주파수를 확인합니다.
- 그런 다음 Vdd 핀을 5V에 연결하고 위의 과정을 반복하고 전파 지연 시간과 발진 주파수를 기록합니다.
- 여러 전압 레벨로 프로세스를 반복하면 공급 전압이 증가하면 게이트 지연 (상승 시간 및 하강 시간)이 감소하는 것을 이해할 수 있습니다. 공급 전압이 감소하면 게이트의 지연이 증가합니다.
주파수 공식
인버터 단 수를 사용하여 링 발진기 주파수 다음 공식으로 유도 할 수 있습니다. 여기에서 각 인버터의 지연 시간도 중요합니다. 이 발진기의 최종 안정 발진 주파수는 다음과 같습니다.
여기서 n은이 발진기에 사용되는 인버터 단의 수를 나타냅니다. T는 각 인버터 단계의 지연 시간입니다.
이 발진기 주파수는 지연 시간 단계와이 발진기에서 사용하는 단계 수에만 의존합니다. 따라서 지연 시간은 발진기 주파수를 찾는 데 가장 중요한 매개 변수입니다.
응용
약간 이 발진기의 응용 여기서 논의됩니다. 그들은,
- 이들은 전압 및 온도의 영향을 측정하는 데 사용됩니다. 통합 칩 .
- 웨이퍼 테스트 중에는 이러한 오실레이터가 선호됩니다.
- 주파수 합성기에서 이러한 발진기를 적용 할 수 있습니다.
- 직렬 데이터 통신에서 데이터 복구 목적으로 이러한 오실레이터가 유용합니다.
- 에 위상 고정 루프 (PLL) VCO는이 발진기를 사용하여 설계 할 수 있습니다.
에 링 발진기 어떤 조건에서도 원하는 주파수를 생성하도록 설계되었습니다. 진동 주파수는 각 인버터 단계의 단계 수와 지연 시간에 따라 달라집니다. 그리고이 발진기의 온도와 전압의 영향은 다섯 가지 조건에서 테스트 할 수 있습니다. 모든 다른 테스트 조건에서 온도가 상승하면 최소 온도 값에 비해 출력 시간이 단축 될 수 있습니다. 온도가 변하면 위상 노이즈와 지터 값을 분석해야합니다.
