Генератор используется для генерации сигнала с определенной частотой, и они полезны для синхронизации процесса вычислений в цифровых системах. Это электронная схема, которая генерирует непрерывные сигналы без входного сигнала. Генератор преобразует сигнал постоянного тока в переменную форму сигнала с желаемой частотой. Существуют различные типы генераторов в зависимости от компонентов, которые используются в электронных схемах. Различные типы осцилляторов: Осциллятор Венского моста, RC-генератор фазового сдвига, Осциллятор Хартли , генератор, управляемый напряжением, Генератор Колпитца , кольцевой генератор, генератор Ганна и кварцевый генератор и т.д. К концу статьи мы узнаем, что такое кольцевой генератор, происхождение , макет, формула частоты и приложения.

Что такое кольцевой осциллятор?

Определение кольцевого генератора - это «нечетное количество инверторов, подключенных последовательно с положительной обратной связью, и выход колеблется между двумя уровнями напряжения, 1 или 0, для измерения скорости процесса. Вместо инверторов мы также можем определить это с помощью вентилей НЕ. Эти генераторы имеют нечетное число инверторов. Например, если у этого осциллятора 3 инверторы тогда он называется трехступенчатым кольцевым генератором. Если количество инверторов равно семи, то это семиступенчатый кольцевой генератор. Количество каскадов инвертора в этом генераторе в основном зависит от частоты, которую мы хотим генерировать из этого генератора.

кольцевой генератор-диаграмма

Конструирование кольцевого генератора может быть выполнено с использованием трех инверторов. Если осциллятор используется с одноступенчатой схемой, то колебаний и усиления будет недостаточно. Если генератор имеет два инвертора, то колебания и коэффициент усиления системы немного больше, чем у одноступенчатого кольцевого генератора. Итак, этот трехступенчатый генератор имеет три инвертора, которые последовательно соединены системой положительной обратной связи. Так что колебаний и коэффициента усиления системы достаточно. Это причина выбора трехступенчатого генератора.

«Кольцевой генератор использует нечетное количество инверторов для достижения большего коэффициента усиления, чем один инвертирующий усилитель. Инвертор дает задержку входному сигналу, и если количество инверторов увеличивается, частота генератора будет уменьшаться. Таким образом, желаемая частота генератора зависит от количества инверторных каскадов генератора ».

Формула s частоты колебаний этого осциллятора:

частота кольцевого генератора

Здесь T = выдержка времени для одного инвертора.

n = количество инверторов в генераторе

Схема кольцевого генератора

На двух приведенных выше диаграммах показана схема и формы выходных сигналов трехступенчатого кольцевого генератора. Здесь размер PMOS вдвое больше, чем у NMOS. В NMOS размер 1.05 и PMOS 2.1

“что такое последовательная схема ”

макет кольцевого генератора

Исходя из этих значений, период времени трехступенчатого кольцевого генератора составляет 1,52 нс. К этому периоду времени можно сказать, что этот генератор может выдавать сигналы с частотой диапазона 657,8 МГц. Чтобы генерировать сигнал, который меньше этой частоты, мы должны добавить к этому генератору больше ступеней инвертора. При этом задержка увеличится, а рабочая частота уменьшится. Например, для генерации сигналов с частотой 100 МГц или меньшей частоты к этому генератору необходимо добавить 20 ступеней инвертора.

кольцевой генератор-выход2

На рисунке ниже показана схема кольцевого генератора. Это 71-ступенчатый генератор для генерации сигнала на частоте 27 МГц. Инверторы, которые используются в этом генераторе, подключаются с помощью контакта L1M1 и PYL1. С помощью этого контакта входы и выходы инверторов соединяются вместе. А вывод Vdd предназначен для подключения источника.

кольцевой генератор-макет-71-ступени

Кольцевой генератор на транзисторе

Кольцевой генератор представляет собой комбинацию инверторов, соединенных последовательно с помощью обратной связи. И выход заключительного каскада снова подключается к начальному каскаду генератора. Это также можно сделать с помощью транзисторной реализации. На рисунке ниже показана имплантация кольцевого генератора с CMOS транзистор .

кольцевой генератор на транзисторах

Вход на этот генератор может подаваться через контакт 6 и контакт 14, подключенный к Vdd, а контакт 7 - к земле.
C1, C2 и C3 - конденсаторы емкостью 0,1 мкФ.
Здесь на вывод 14 т.е. должно подаваться напряжение питания 3,3 В.
Выход этого генератора может быть получен после порта вывода 12.
Установите значение Vdd на 3,3 В и установите частоту на 250 Гц. А конденсаторы C1, C2 и C3 измеряют время нарастания и спада на каждом выходном каскаде инвертора. Обратите внимание на частоту колебаний.
Затем подключите вывод Vdd к 5V и повторите описанный выше процесс, отметив время задержки распространения и частоту колебаний.
Повторите процесс с несколькими уровнями напряжения, тогда мы сможем понять, если напряжение питания увеличивается, задержка затвора (время нарастания и время спада) уменьшается. Если напряжение питания уменьшается, задержка ворот увеличивается.

Формула частоты

На основе использования количества ступеней инвертора в частота кольцевых генераторов может быть получено по следующей формуле. Здесь также важно время задержки каждого инвертора. Конечная стабильная частота колебаний этого генератора равна,

Здесь n указывает количество каскадов инвертора, используемых в этом генераторе. T - время задержки каждой ступени инвертора.

Эта частота генератора зависит только от ступеней времени задержки и количества ступеней, используемых в этом генераторе. Итак, время задержки является наиболее важным параметром при определении частоты генератора.

“разница между pmos и nmos ”

Приложения

Немного применения этого генератора будет обсуждаться здесь. Они есть,

Они используются для измерения влияния напряжения и температуры на интегрированный чип .
При тестировании пластины предпочтительнее использовать эти генераторы.
Эти генераторы применимы в синтезаторах частот.
Эти генераторы полезны для восстановления данных при последовательной передаче данных.
В фазовая автоподстройка частоты (ФАПЧ) ГУН могут быть сконструированы с использованием этого генератора.

К кольцевой генератор был разработан, чтобы генерировать желаемую частоту в любых условиях. Частота колебаний зависит от количества ступеней и времени задержки каждой ступени инвертора. И влияние температуры и напряжения этого генератора можно проверить в пяти условиях. Во всех различных условиях испытаний, если температура увеличивается, период времени выхода может быть уменьшен по сравнению с наименьшим значением температуры. Нам необходимо проанализировать фазовый шум и значение джиттера при изменении температуры.