Belirli bir frekansa sahip bir sinyal üretmek için bir osilatör kullanılır ve bunlar, dijital sistemlerde hesaplama sürecini senkronize etmek için kullanışlıdır. Herhangi bir giriş sinyali olmadan sürekli dalga formları üreten elektronik bir devredir. Osilatör, bir dc sinyalini istenen frekansta alternatif bir sinyal formuna dönüştürür. Elektronik devrelerde kullanılan bileşenlere bağlı olarak çeşitli osilatörler vardır. Farklı osilatör türleri şunlardır: Viyana köprü osilatörü, RC faz kaydırmalı osilatör, Hartley osilatör voltaj kontrollü osilatör, Colpitts osilatör , halka osilatörü, Gunn osilatörü ve kristal osilatör , vb. Bu makalenin sonunda, halka osilatörün ne olduğunu, türetme , düzen, frekans formülü ve uygulamalar.
Halka Osilatörü nedir?
Halka osilatörün tanımı, “tek sayıda invertör, pozitif geri besleme ile seri biçimde bağlanır ve prosesin hızını ölçmek için 1 veya sıfır iki voltaj seviyesi arasında salınım yapar. Eviriciler yerine onu NOT kapıları ile de tanımlayabiliriz. Bu osilatörlerin 'n' tek sayıda invertörü vardır. Örneğin, bu osilatörde 3 invertörler üç aşamalı halka osilatör olarak adlandırılır. İnvertör sayısı yedi ise, yedi aşamalı halka osilatördür. Bu osilatördeki inverter kademe sayısı esas olarak bu osilatörden üretmek istediğimiz frekansa bağlıdır.
halka osilatör diyagramı
Halka osilatörün tasarımı, üç invertör kullanılarak yapılabilir. Osilatör tek kademeli olarak kullanılıyorsa, salınımlar ve kazançlar yeterli değildir. Osilatörün iki invertörü varsa, sistemin salınımı ve kazancı tek aşamalı halka osilatörden biraz daha fazladır. Yani bu üç aşamalı osilatör, pozitif geri besleme sistemi ile seri şeklinde bağlanmış üç invertöre sahiptir. Yani sistemin salınımları ve kazancı yeterlidir. Üç aşamalı osilatörü seçmenin nedeni budur.
“Halka osilatör, tek bir evirici amplifikatörden daha fazla kazanç elde etmek için tek sayıda invertör kullanıyor. Evirici giriş sinyaline bir gecikme verir ve eviricilerin sayısı artarsa osilatör frekansı azalır. Dolayısıyla istenen osilatör frekansı, osilatörün inverter kademe sayısına bağlıdır. '
Bu osilatör için salınım frekansı formülü şöyledir:
halka osilatör frekansı
Burada T = tek invertör için zaman gecikmesi
n = osilatördeki inverter sayısı
Halka Osilatör Düzeni
Yukarıdaki iki diyagram, 3 aşamalı halka osilatör için şematik ve çıktı dalga formlarını göstermektedir. Burada, PMOS boyutu NMOS'un iki katıdır. NMOS boyut 1.05 ve PMOS 2.1'dir
halka osilatör düzeni
Bu değerlerden, üç aşamalı halka osilatörün zaman periyodu 1.52ns'dir. Bu zaman dilimine kadar bu osilatörün 657.8MHz frekans aralığında sinyaller üretebileceğini söyleyebiliriz. Bu frekanstan daha düşük sinyal üretmek, bu osilatöre daha fazla inverter aşaması eklememiz gerektiği anlamına gelir. Bu sayede gecikme artacak ve çalışma frekansı azalacaktır. Örneğin, 100MHz veya frekans sinyallerinden daha az sinyal üretmek için, bu osilatöre 20 adet invertör aşaması eklenmesi gerekir.
halka-osilatör-çıktı2
Aşağıdaki şekil halka osilatör düzenini göstermektedir. Bu, sinyali 27MHz frekanslarda üretmek için 71 aşamalı bir osilatördür. Bu osilatörde kullanılan inverterler L1M1 ve PYL1 kontağı kullanılarak bağlanır. Bu kontak ile inverterlerin giriş ve çıkışları birbirine bağlanır. Ve Vdd pini kaynak bağlantı amaçlıdır.
halka-osilatör-düzeni-71-aşamaları
Transistör kullanarak Halka Osilatör
Halka osilatör, bir geri besleme bağlantısı ile seri biçimde bağlanmış bir inverter kombinasyonudur. Ve son aşamanın çıkışı yine osilatörün ilk aşamasına bağlanır. Bu, transistör uygulaması yoluyla da yapılabilir. Aşağıdaki şekil, halka osilatör implantasyonunu bir CMOS transistör .
halka osilatör kullanan transistörler
- Bu osilatöre, Vdd'ye bağlı pin 6 ve pin 14 ve toprağa bağlı pin 7 aracılığıyla giriş verilebilir.
- C1, C2 ve C3, 0.1 uF değerine sahip kapasitörlerdir.
- Burada pim 14, yani 3.3V'luk besleme voltajı almalıdır.
- Bu osilatörün çıkışı pin 12 portundan sonra alınabilir.
- Vdd değerini 3,3V olarak ayarlayın ve frekansı 250 Hz olarak ayarlayın. C1, C2 ve C3 kapasitörleri, her inverter çıkış aşamasında yükselme ve düşme süresini ölçer. Salınım frekansına dikkat edin.
- Sonra Vdd pinini 5V'ye bağlayın ve yukarıdaki işlemi tekrarlayın ve yayılma gecikme sürelerini ve salınımların sıklığını not edin.
- İşlemi birkaç voltaj seviyesiyle tekrarlayın, o zaman besleme voltajı artarsa kapı gecikmesi (yükselme süresi ve düşme süresi) azalırsa anlayabiliriz. Besleme gerilimi azalırsa kapıların gecikmesi artar.
Frekans Formülü
İnvertör aşamalarının sayısına göre halka osilatör frekansı aşağıdaki formülle elde edilebilir. Burada her bir invertörün gecikme süresi de önemlidir. Bu osilatörün son kararlı salınım frekansı,
Burada n, bu osilatörde kullanılan evirici kademe sayısını gösterir. T, her invertör aşamasının gecikme süresidir.
Bu osilatör frekansı yalnızca gecikme süresinin aşamalarına ve bu osilatörde kullanılan aşama sayısına bağlıdır. Bu yüzden osilatör frekansının bulunmasında en önemli parametredir gecikme süresi.
Uygulamalar
Birkaç bu osilatörün uygulamaları burada tartışılacak. Onlar,
- Bunlar voltaj ve sıcaklığın bir üzerindeki etkisini ölçmek için kullanılır. entegre çip .
- Gofret testi sırasında bu osilatörler tercih edilir.
- Frekans sentezleyicilerinde bu osilatörler uygulanabilir.
- Seri veri iletişiminde veri kurtarma amaçları için bu osilatörler kullanışlıdır.
- İçinde faz kilitli döngü (PLL) VCO'lar bu osilatör kullanılarak tasarlanabilir.
KİME halka osilatör her koşulda istenilen frekansı üretecek şekilde tasarlanmıştır. Salınım frekansı, kademe sayısına ve her inverter kademesinin gecikme süresine bağlıdır. Ve bu osilatörün sıcaklık ve voltajın etkisi beş koşulda test edilebilir. Tüm farklı test koşullarında sıcaklık artarsa, çıkışın süresi en düşük sıcaklık değerine göre kısaltılabilir. Sıcaklık değişirse faz gürültüsünü ve titreşim değerini analiz etmemiz gerekir.
