Bộ tạo dao động được sử dụng để tạo ra một tín hiệu có tần số cụ thể và những tín hiệu này rất hữu ích để đồng bộ hóa quá trình tính toán trong các hệ thống kỹ thuật số. Nó là một mạch điện tử tạo ra các dạng sóng liên tục mà không cần bất kỳ tín hiệu đầu vào nào. Bộ dao động chuyển đổi tín hiệu một chiều thành dạng tín hiệu xoay chiều ở tần số mong muốn. Có nhiều loại dao động khác nhau tùy thuộc vào các thành phần được sử dụng trong mạch điện tử. Các loại dao động khác nhau là Bộ dao động cầu Vienna, Bộ dao động dịch pha RC, Bộ dao động Hartley , bộ dao động điều khiển điện áp, Bộ dao động Colpitts , bộ dao động vòng, bộ dao động Gunn, và dao động tinh thể , v.v. Đến cuối bài viết này, chúng ta sẽ biết, bộ tạo dao động vòng là gì, sự phát sinh , bố cục, công thức tần suất và ứng dụng.
Ring Oscillator là gì?
Định nghĩa của bộ dao động vòng là “một số lẻ biến tần được kết nối theo dạng nối tiếp với phản hồi tích cực & đầu ra dao động giữa hai mức điện áp bằng 1 hoặc bằng không để đo tốc độ của quá trình. Thay cho bộ nghịch lưu, chúng ta cũng có thể xác định nó bằng cổng KHÔNG. Các bộ dao động này có số bộ biến tần lẻ là ‘n’. Ví dụ, nếu bộ dao động này có 3 biến tần thì nó được gọi là dao động vòng ba giai đoạn. Nếu số đếm biến tần là bảy thì đó là bộ dao động vòng bảy giai đoạn. Số lượng các giai đoạn biến tần trong bộ dao động này chủ yếu phụ thuộc vào tần số mà chúng ta muốn tạo ra từ bộ dao động này.
vòng-dao động-sơ đồ
Việc thiết kế bộ dao động vòng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng ba bộ biến tần. Nếu bộ tạo dao động được sử dụng với một giai đoạn duy nhất, thì các dao động & độ lợi không đủ. Nếu dao động điều hòa có hai dao động nghịch biến thì dao động và hệ số khuếch đại hơn dao động vòng một cấp một chút. Vì vậy, bộ dao động ba giai đoạn này có ba biến tần được kết nối dưới dạng nối tiếp với một hệ thống phản hồi tích cực. Vì vậy, các dao động & độ lợi của hệ thống là đủ. Đây là lý do để chọn bộ dao động ba giai đoạn.
“Bộ tạo dao động vòng sử dụng một số lẻ bộ nghịch lưu để đạt được nhiều lợi hơn so với một bộ khuếch đại đảo đơn lẻ. Biến tần tạo ra độ trễ cho tín hiệu đầu vào và nếu số bộ biến tần tăng lên thì tần số dao động sẽ giảm. Vì vậy, tần số dao động mong muốn phụ thuộc vào số tầng biến tần của bộ dao động. ”
Công thức tần số s của dao động này là
tần số dao động vòng
Ở đây T = thời gian trễ cho biến tần đơn
n = số bộ biến tần trong bộ dao động
Bố cục bộ tạo dao động vòng
Hai sơ đồ trên hiển thị các dạng sóng sơ đồ và đầu ra cho bộ dao động vòng 3 giai đoạn. Ở đây, kích thước PMOS gấp đôi so với NMOS. Các NMOS kích thước là 1,05 và PMOS là 2,1
vòng-dao động-bố trí
Từ các giá trị này, khoảng thời gian của dao động ba vòng là 1,52ns. Đến khoảng thời gian này, chúng ta có thể nói rằng bộ dao động này có thể tạo ra tín hiệu với tần số dải tần 657,8MHz. Để tạo ra tín hiệu nhỏ hơn tần số này có nghĩa là chúng ta nên thêm nhiều tầng biến tần vào bộ dao động này. Bằng cách này, độ trễ sẽ tăng lên và tần suất hoạt động sẽ giảm. Ví dụ để tạo ra tín hiệu 100MHz hoặc tín hiệu tần số nhỏ hơn 20 số tầng biến tần cần phải được thêm vào bộ dao động này.
vòng-dao động-đầu ra2
Hình dưới đây cho thấy cách bố trí bộ dao động vòng. Đây là một bộ dao động 71 giai đoạn để tạo ra tín hiệu ở tần số 27MHz. Các bộ biến tần được sử dụng trong bộ dao động này được kết nối bằng cách sử dụng tiếp điểm L1M1 và PYL1. Với tiếp điểm này, đầu vào và đầu ra của biến tần được kết nối với nhau. Và chân Vdd dành cho mục đích kết nối nguồn.
vòng-dao động-bố cục-71-giai đoạn
Bộ tạo dao động vòng sử dụng bóng bán dẫn
Bộ dao động vòng là một tổ hợp các bộ biến tần được kết nối theo dạng nối tiếp với kết nối phản hồi. Và đầu ra của giai đoạn cuối một lần nữa được kết nối với giai đoạn đầu của bộ dao động. Điều này cũng có thể được thực hiện thông qua việc triển khai bóng bán dẫn. Hình dưới đây cho thấy việc cấy dao động vòng với một Bóng bán dẫn CMOS .
vòng-dao động-sử dụng-bóng bán dẫn
- Đầu vào có thể được cấp cho bộ dao động này thông qua chân 6 và chân 14 nối với Vdd và chân 7 nối với đất.
- C1, C2 và C3 là các tụ điện có giá trị 0,1uF.
- Ở đây chân 14, tức là sẽ nhận được điện áp cung cấp là 3,3V.
- Đầu ra của bộ dao động này có thể được lấy từ sau cổng chân 12.
- Đặt giá trị Vdd thành 3,3V và đặt tần số là 250Hz. Và các tụ C1, C2 và C3 đo thời gian tăng và thời gian giảm ở mỗi giai đoạn đầu ra của biến tần. Ghi nhận tần số của dao động.
- Sau đó kết nối chân Vdd với 5V và lặp lại quá trình trên và ghi lại thời gian trễ lan truyền và tần số của dao động.
- Lặp lại quá trình với một số mức điện áp, sau đó chúng ta có thể hiểu, nếu điện áp cung cấp tăng thì độ trễ cổng (thời gian tăng và thời gian giảm) giảm. Nếu điện áp cung cấp giảm thì độ trễ của các cổng tăng lên.
Công thức tần số
Dựa trên việc sử dụng số lượng các giai đoạn biến tần trong tần số dao động vòng có thể được suy ra bởi công thức sau đây. Ở đây thời gian trễ của mỗi biến tần cũng rất quan trọng. Tần số dao động ổn định cuối cùng của dao động này là,
Ở đây, n cho biết số tầng biến tần được sử dụng trong bộ dao động này. T là thời gian trễ của mỗi giai đoạn biến tần.
Tần số dao động này chỉ phụ thuộc vào các giai đoạn của thời gian trễ và số giai đoạn sử dụng trong bộ dao động này. Vì vậy, thời gian trễ là thông số quan trọng nhất để tìm tần số dao động.
Các ứng dụng
Một vài ứng dụng của bộ dao động này sẽ được thảo luận ở đây. Họ đang,
- Chúng được sử dụng để đo ảnh hưởng của điện áp và nhiệt độ lên chip tích hợp .
- Trong quá trình thử nghiệm wafer, các bộ dao động này được ưu tiên hơn.
- Trong bộ tổng hợp tần số, các bộ dao động này có thể áp dụng được.
- Đối với mục đích khôi phục dữ liệu trong truyền thông dữ liệu nối tiếp, các bộ dao động này rất hữu ích.
- Trong vòng lặp khóa pha (PLL) VCO có thể được thiết kế bằng cách sử dụng bộ dao động này.
ĐẾN dao động vòng đã được thiết kế để tạo ra tần số mong muốn trong bất kỳ điều kiện nào. Tần số dao động phụ thuộc vào số giai đoạn và thời gian trễ của mỗi giai đoạn biến tần. Và ảnh hưởng của nhiệt độ và điện áp của bộ dao động này có thể được kiểm tra trong năm điều kiện. Trong tất cả các điều kiện thử nghiệm khác nhau, nếu nhiệt độ tăng thì khoảng thời gian của đầu ra có thể giảm xuống so với giá trị nhiệt độ nhỏ nhất. Chúng ta cần phân tích giá trị nhiễu pha và rung pha nếu nhiệt độ thay đổi.
