Ringoscillator

En ringoscillator er en elektronisk oscillatorkrets som er basert på transittiden til forsterkerkomponenter som er koblet sammen for å danne en ring.

Ringsoscillatoren begynner å svinge uavhengig og krever ingen reaktanskomponenter som kondensatorer eller spoler. Frekvensen avhenger av spenning og temperatur.

Kretsskjema over en tretrinns ringoscillator

Eksperimentelt oppsett av fire ringoscillatorer laget av p-type MOSFETs på en silisiumbrikke. Dette gjør det mulig å undersøke innvirkningen av transistorstørrelsen på frekvensen.

Ringoscillator laget av tre bipolare transistorer

prinsipp

En lukket serieforbindelse av et ujevnt antall omformere har teoretisk ingen definert eller tillatt tilstand, med et partall , derimot, får du en flip-flop , som alltid antar en stabil logisk tilstand. Imidlertid, hvis kjøretiden til de inverterende komponentene tas i betraktning, resulterer et ujevnt tall i en vibrerende og selvspennende struktur.

I det medfølgende diagrammet er bipolare transistorer i en emitterkrets som en inverter for en ringoscillator, hvilket som helst annet oddetall større oscillerer også. Den fjerde bipolare transistoren i kretsskjemaet fungerer bare som en separator for frakopling av signalet. På grunn av metningen av de bipolare transistorer, svinger denne kretsen betydelig saktere enn en krets laget av MOSFETs eller logiske gateomformere, selv uten kondensatorer .

For at kretsen i det hele tatt skal svinge, må sløyfeforsterkningen være større enn eller lik en. Svingningsfrekvensen tilsvarer den frekvensen der sløyfeforsterkningen er lik en. Siden kretsen fungerer i svitsjemodus, har ikke transistorene en konstant strømforsterkning. Med fem transistorer ser svingningen mer rektangulær ut enn med tre trinn.

Mengden av faseforskjellen mellom de enkelte trinnene er 360 ° / 3 = 120 ° med 3 trinn, dvs. H. frekvensen er bare så stor at dette faseforholdet eksisterer. I mer enn tre nivåer, følgelig mindre, til mer enn en periode passer inn i oscillatoren. På grunn av inversjonen er faseforskjellen til neste trinn det neste større multiplumet på 120 ° som er større enn 180 °: 2 * 120 ° = + 240 ° = + 60 ° + 180 °. Siden + 240 ° = -120 ° og siden det ikke kan sees noen effektiv retning fra et periodisk signal, bukker man lett for inntrykket av at følgende omformer går foran den som kjører. Forsinkelsestiden per omformer tilsvarer + 60 °.  ${\ displaystyle t_ {D} = {\ frac {60 ^ {\ circ} \ cdot T} {360 ^ {\ circ}}} = {\ frac {1} {6 \ cdot f}}}$

Beregning av frekvensen

På grunn av den endelige behandlingshastigheten til en omformer, vises inngangssignalet ved utgangen etter transittiden t _D. Med n omformere av samme type, resulterer svingningsperioden

${\ displaystyle T = 2n \ cdot t_ {D}}$

og frekvensen

${\ displaystyle f = {\ frac {1} {T}} = {\ frac {1} {2n \ cdot t_ {D}}}}$

Hvis ringen  bruker tre vanlige logiske moduler med t _D ≈ 2 ns, så er f ≈ 83 MHz.

applikasjoner

Integrerte testkretsløp med ringoscillatorer produseres for å evaluere og optimalisere produksjonsprosesser og teknologier.

Ringoscillatorer brukes i sensorer for å konvertere en endring i kapasitans til en endring i frekvens. Disse inkluderer sensorer for akselerasjon, trykk , fuktighet og temperatur.

Siden den genererte frekvensen avhenger av temperaturen, brukes ringoscillatorer også som termometre på prosessorbrikker.

Se også

• Faseskiftoscillator
• Faseskifter

weblenker

Individuelle bevis

1. ↑ Ringoscillator: Måling av forsinkelsestiden ( minnesmerke til originalen fra 28. mars 2014 i Internettarkivet ) Info: Arkivkoblingen ble satt inn automatisk og har ennå ikke blitt sjekket. Vennligst sjekk originalen og arkivlenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen. @1@ 2Mal: Webachiv / IABot / mikro.ee.tu-berlin.de
2. ↑ Akselerometersystem (PDF; 7,9 MB)
3. ↑ ANALYSE AV EN RINGOPSILLATOR BASERT PÅ CHIP-VARMESENSOR I 65 nm-TEKNOLOGI , på archive.org