Se utiliza un oscilador para generar una señal que tiene una frecuencia específica, y estos son útiles para sincronizar el proceso de cálculo en sistemas digitales. Es un circuito electrónico que produce formas de onda continuas sin ninguna señal de entrada. El oscilador convierte una señal de CC en una forma de señal alterna a la frecuencia deseada. Hay varios tipos de osciladores dependiendo de los componentes que se utilizan en los circuitos electrónicos. Los diferentes tipos de osciladores son Oscilador de puente de Viena, Oscilador de cambio de fase RC, Oscilador Hartley , oscilador controlado por voltaje, Oscilador Colpitts , oscilador de anillo, oscilador de Gunn y Oscilador de cristal , etc. Al final de este artículo, sabremos qué es un oscilador de anillo, derivación , diseño, fórmula de frecuencia y aplicaciones.
¿Qué es un oscilador de anillo?
La definición del oscilador de anillo es “un número impar de inversores están conectados en forma de serie con retroalimentación positiva y la salida oscila entre dos niveles de voltaje, ya sea 1 o cero, para medir la velocidad del proceso. En lugar de inversores, también podemos definirlo con NO puertas. Estos osciladores tienen un número impar de inversores. Por ejemplo, si este oscilador tiene 3 inversores entonces se denomina oscilador de anillo de tres etapas. Si la cuenta del inversor es siete, entonces es un oscilador de anillo de siete etapas. El número de etapas del inversor en este oscilador depende principalmente de la frecuencia que queremos generar a partir de este oscilador.
diagrama de oscilador en anillo
El diseño del oscilador de anillo se puede realizar utilizando tres inversores. Si el oscilador se emplea con una sola etapa, las oscilaciones y la ganancia no son suficientes. Si el oscilador tiene dos inversores, entonces la oscilación y la ganancia del sistema son un poco más que las del oscilador de anillo de una sola etapa. Entonces, este oscilador de tres etapas tiene tres inversores que están conectados en forma de serie con un sistema de retroalimentación positiva. Entonces las oscilaciones y la ganancia del sistema son suficientes. Esta es la razón para elegir el oscilador de tres etapas.
“El oscilador de anillo utiliza un número impar de inversores para lograr más ganancia que un solo amplificador inversor. El inversor da un retraso a la señal de entrada y si el número de inversores aumenta, la frecuencia del oscilador disminuirá. Entonces, la frecuencia deseada del oscilador depende del número de etapas de inversor del oscilador '.
La fórmula de frecuencia de oscilación para este oscilador es
frecuencia del oscilador de anillo
Aquí T = retardo de tiempo para un solo inversor
n = número de inversores en el oscilador
Disposición del oscilador de anillo
Los dos diagramas anteriores muestran el esquema y las formas de onda de salida para el oscilador de anillo de 3 etapas. Aquí, el tamaño de PMOS es el doble que el de NMOS. los NMOS el tamaño es 1.05 y PMOS es 2.1
diseño de oscilador de anillo
A partir de estos valores, el período de tiempo del oscilador de anillo de tres etapas es 1.52ns. En este período de tiempo, podemos decir que este oscilador puede producir señales con una frecuencia de rango de 657.8MHz. Para generar la señal que es menor que esta frecuencia significa que debemos agregar más etapas de inversor a este oscilador. Con esto, el retraso aumentará y la frecuencia de operación disminuirá. Por ejemplo, para generar señales de 100 MHz o menores que las señales de frecuencia, es necesario agregar 20 etapas de inversor a este oscilador.
oscilador-en-anillo -output2
La siguiente figura muestra el diseño del oscilador de anillo. Este es un oscilador de 71 etapas para producir la señal a frecuencias de 27MHz. Los inversores que se utilizan en este oscilador se conectan mediante el contacto L1M1 y PYL1. Con este contacto, las entradas y salidas de los inversores se conectan entre sí. Y el pin Vdd es para fines de conexión de fuente.
anillo-oscilador-diseño-71-etapas
Oscilador de anillo con transistor
El oscilador de anillo es una combinación de inversores conectados en serie con una conexión de retroalimentación. Y la salida de la etapa final se conecta nuevamente a la etapa inicial del oscilador. Esto también se puede hacer a través de la implementación del transistor. La siguiente figura muestra la implantación del oscilador de anillo con un Transistor CMOS .
anillo-oscilador-usando-transistores
- Se puede dar entrada a este oscilador a través del pin 6 y el pin 14 conectados a Vdd y el pin 7 conectado a tierra.
- C1, C2 y C3 son los condensadores que tienen un valor de 0,1 uF.
- Aquí el pin 14, es decir, debería obtener el voltaje de suministro de 3.3V.
- La salida de este oscilador se puede tomar después del puerto del pin 12.
- Establezca el valor de Vdd en 3.3V y establezca la frecuencia en 250Hz. Y los capacitores C1, C2 y C3 miden el tiempo de subida y bajada en cada etapa de salida del inversor. Tenga en cuenta la frecuencia de oscilación.
- Luego conecte el pin Vdd a 5V y repita el proceso anterior y anote los tiempos de retardo de propagación y la frecuencia de las oscilaciones.
- Repita el proceso con varios niveles de voltaje, entonces podemos entender, si el voltaje de suministro aumenta, el retardo de la puerta (tiempo de subida y tiempo de caída) disminuye. Si la tensión de alimentación disminuye, el retardo de las puertas aumenta.
Fórmula de frecuencia
Basado en el uso del número de etapas del inversor en frecuencia de los osciladores de anillo se puede derivar mediante la siguiente fórmula. Aquí también es importante el tiempo de retardo de cada inversor. La frecuencia de oscilación estable final de este oscilador es,
Aquí, n indica el número de etapas de inversor utilizadas en este oscilador. T es el tiempo de retardo de cada etapa del inversor.
Esta frecuencia del oscilador depende solo de las etapas del tiempo de retardo y del número de etapas que se utilizan en este oscilador. Entonces, el tiempo de retardo es el parámetro más importante para encontrar la frecuencia del oscilador.
Aplicaciones
Unos pocos aplicaciones de este oscilador se discutirá aquí. Son,
- Se utilizan para medir el efecto del voltaje y la temperatura en un chip integrado .
- Durante la prueba de obleas, se prefieren estos osciladores.
- En los sintetizadores de frecuencia, estos osciladores son aplicables.
- Para fines de recuperación de datos en comunicaciones de datos en serie, estos osciladores son útiles.
- En bucle de bloqueo de fase (PLL) los VCO pueden diseñarse utilizando este oscilador.
A oscilador de anillo ha sido diseñado para generar la frecuencia deseada en cualquier condición. La frecuencia de oscilación depende del número de etapas y el tiempo de retardo de cada etapa del inversor. Y el efecto de la temperatura y el voltaje de este oscilador se puede probar en cinco condiciones. En todas las diferentes condiciones de prueba, si la temperatura aumenta, el período de tiempo de la salida se puede reducir en comparación con el valor mínimo de temperatura. Necesitamos analizar el ruido de fase y el valor de jitter si la temperatura varía.
