ما هو Ring Oscillator: العمل وتطبيقاته

جرب أداة القضاء على المشاكل





يستخدم المذبذب لتوليد إشارة لها تردد محدد ، وهي مفيدة لمزامنة عملية الحساب في الأنظمة الرقمية. إنها دائرة إلكترونية تنتج أشكال موجية مستمرة بدون أي إشارة دخل. يقوم المذبذب بتحويل إشارة التيار المستمر إلى شكل إشارة متناوبة بالتردد المطلوب. هناك أنواع مختلفة من المذبذبات حسب المكونات المستخدمة في الدوائر الإلكترونية. أنواع مختلفة من المذبذبات مذبذب جسر فيينا ، مذبذب تحول الطور RC ، مذبذب هارتلي ، مذبذب الجهد التحكم ، مذبذب Colpitts ، مذبذب حلقة ، مذبذب Gunn ، و مذبذب كرستالى ، وما إلى ذلك ، في نهاية هذا المقال ، سنعرف ما هو مذبذب الحلقة ، الاشتقاق والتخطيط وصيغة التردد والتطبيقات.

ما هو Ring Oscillator؟

تعريف مذبذب الحلقة هو 'يتم توصيل عدد فردي من المحولات في شكل سلسلة مع ردود فعل إيجابية ويتأرجح الإخراج بين مستويين من الجهد إما 1 أو صفر لقياس سرعة العملية. بدلاً من العواكس ، يمكننا تعريفه باستخدام بوابات NOT أيضًا. تحتوي هذه المذبذبات على عدد 'n' فردي من العاكسات. على سبيل المثال ، إذا كان هذا المذبذب 3 محولات ثم يطلق عليه مذبذب حلقة ثلاثية المراحل. إذا كان عدد العاكس هو سبعة فهو مذبذب حلقة سبع مراحل. يعتمد عدد مراحل العاكس في هذا المذبذب بشكل أساسي على التردد الذي نريد أن نولده من هذا المذبذب.




حلقة مذبذب الرسم

حلقة مذبذب الرسم

يمكن تصميم مذبذب الحلقة باستخدام ثلاثة محولات. إذا تم استخدام المذبذب بمرحلة واحدة ، فإن التذبذبات والكسب غير كافيين. إذا كان المذبذب يحتوي على محولين ، فإن التذبذب وكسب النظام يكونان أكثر قليلاً من مذبذب الحلقة أحادي المرحلة. لذلك فإن هذا المذبذب ثلاثي المراحل له ثلاثة محولات متصلة في شكل سلسلة مع نظام تغذية مرتدة إيجابي. لذا فإن التذبذبات وكسب النظام كافيان. هذا هو سبب اختيار مذبذب ثلاثي المراحل.



يستخدم مذبذب الحلقة عددًا فرديًا من المحولات لتحقيق ربح أكبر من مكبر الصوت المقلوب الفردي. يعطي العاكس تأخيرًا لإشارة الإدخال وإذا زاد عدد المحولات ، فسيتم تقليل تردد المذبذب. لذا فإن تردد المذبذب المطلوب يعتمد على عدد مراحل العاكس للمذبذب '.

تردد صيغة التذبذب لهذا المذبذب هو

تردد مذبذب الحلقة

تردد مذبذب الحلقة

هنا T = التأخير الزمني لعاكس واحد


ن = عدد المحولات في المذبذب

تخطيط حلقة المذبذب

يُظهر المخططان أعلاه الشكل الموجي التخطيطي والإخراج لمذبذب حلقة 3 مراحل. هنا ، حجم PMOS هو ضعف حجم NMOS. ال NMOS الحجم 1.05 و PMOS هو 2.1

حلقة مذبذب التخطيط

حلقة مذبذب التخطيط

من هذه القيم ، تكون الفترة الزمنية لمذبذب الحلقة ثلاثي المراحل 1.52ns. في هذه الفترة الزمنية ، يمكننا القول أن هذا المذبذب يمكنه إنتاج إشارات بتردد 657.8 ميجا هرتز. لتوليد إشارة أقل من هذا التردد يعني أنه يجب علينا إضافة المزيد من مراحل العاكس إلى هذا المذبذب. من خلال هذا ، سيزداد التأخير وسيقل تردد التشغيل. على سبيل المثال ، لتوليد إشارات 100 ميجا هرتز أو أقل من إشارات التردد ، يلزم إضافة 20 عددًا من مراحل العاكس إلى هذا المذبذب.

حلقة مذبذب-الإخراج 2

حلقة مذبذب-الإخراج 2

يوضح الشكل أدناه تخطيط مذبذب الحلقة. هذا مذبذب 71 مرحلة لإنتاج إشارة بترددات 27 ميجا هرتز. يتم توصيل المحولات المستخدمة في هذا المذبذب باستخدام جهة اتصال L1M1 و PYL1. مع هذا الاتصال ، يتم توصيل مدخلات ومخرجات المحولات معًا. و Vdd pin مخصص لأغراض الاتصال بالمصدر.

حلقة مذبذب تخطيط 71 مراحل

حلقة-مذبذب-تخطيط-71-مرحلة

حلقة المذبذب باستخدام الترانزستور

مذبذب الحلقة عبارة عن مجموعة من المحولات المتصلة في شكل سلسلة مع اتصال تغذية مرتدة. ويتم توصيل خرج المرحلة النهائية مرة أخرى بالمرحلة الأولية للمذبذب. يمكن القيام بذلك من خلال تنفيذ الترانزستور أيضًا. يوضح الشكل أدناه زرع مذبذب الحلقة مع a الترانزستور CMOS .

حلقة مذبذب باستخدام الترانزستورات

حلقة مذبذب باستخدام الترانزستورات

  • يمكن إعطاء الإدخال لهذا المذبذب من خلال الدبوس 6 والدبوس 14 المتصل بـ Vdd والدبوس 7 المتصل بالأرض.
  • C1 و C2 و C3 هي المكثفات التي لها قيمة 0.1 فائق التوهج.
  • هنا دبوس 14 يجب أن يحصل على جهد إمداد 3.3 فولت.
  • يمكن أخذ خرج هذا المذبذب من بعد منفذ 12.
  • اضبط قيمة Vdd على 3.3 فولت واضبط التردد على 250 هرتز. وتقيس المكثفات C1 و C2 و C3 وقت الصعود ووقت الهبوط في كل مرحلة من مراحل إخراج العاكس. لاحظ تردد التذبذب.
  • ثم قم بتوصيل دبوس Vdd بـ 5 فولت وكرر العملية المذكورة أعلاه ولاحظ أوقات تأخير الانتشار وتواتر التذبذبات.
  • كرر العملية بعدة مستويات للجهد ، ثم يمكننا أن نفهم ، إذا زاد جهد الإمداد من تأخير البوابة (وقت الصعود ووقت السقوط). إذا انخفض جهد الإمداد ، فإن تأخير البوابات يزيد.

صيغة التردد

بناءً على استخدام عدد مراحل العاكس في تردد حلقة المذبذبات يمكن اشتقاقها بالصيغة التالية. هنا تأخير وقت كل عاكس مهم أيضًا. تردد التذبذب المستقر النهائي لهذا المذبذب هو ،

هنا ، يشير n إلى عدد مراحل العاكس المستخدمة في هذا المذبذب. T هو وقت التأخير لكل مرحلة من مراحل العاكس.

يعتمد تردد المذبذب هذا فقط على مراحل وقت التأخير وعدد المراحل المستخدمة في هذا المذبذب. لذا ، فإن وقت التأخير هو أهم عامل في إيجاد تردد المذبذب.

التطبيقات

قليلة تطبيقات هذا المذبذب سوف تناقش هنا. هم انهم،

  • تستخدم هذه لقياس تأثير الجهد ودرجة الحرارة على رقاقة متكاملة .
  • أثناء اختبار الرقاقة ، يفضل استخدام هذه المذبذبات.
  • هذه المذبذبات قابلة للتطبيق في أجهزة توليف التردد.
  • لأغراض استعادة البيانات في اتصالات البيانات التسلسلية ، تكون هذه المذبذبات مفيدة.
  • في حلقة مغلقة الطور (PLL) يمكن تصميم VCO باستخدام هذا المذبذب.

إلى حلقة مذبذب تم تصميمه لتوليد التردد المطلوب في أي حالة. يعتمد تردد التذبذب على عدد المراحل ووقت التأخير لكل مرحلة من مراحل العاكس. ويمكن اختبار تأثير درجة الحرارة والجهد لهذا المذبذب في خمسة شروط. في جميع ظروف الاختبار المختلفة ، إذا زادت درجة الحرارة ، يمكن تقليل الفترة الزمنية للإخراج مقارنة بأقل قيمة لدرجة الحرارة. نحتاج إلى تحليل ضوضاء المرحلة وقيمة الاهتزاز إذا اختلفت درجة الحرارة.