Osilator digunakan untuk menghasilkan sinyal yang memiliki frekuensi tertentu, dan ini berguna untuk sinkronisasi proses komputasi dalam sistem digital. Ini adalah rangkaian elektronik yang menghasilkan bentuk gelombang kontinu tanpa sinyal input. Osilator mengubah sinyal dc menjadi bentuk sinyal bolak-balik pada frekuensi yang diinginkan. Ada berbagai jenis osilator tergantung pada komponen yang digunakan dalam rangkaian elektronik. Jenis osilator yang berbeda adalah Osilator jembatan Wina, Osilator pergeseran fasa RC, Osilator Hartley , osilator yang dikendalikan tegangan, Osilator Colpitts , osilator cincin, osilator Gunn, dan osilator kristal , dll. Pada akhir artikel ini, kita akan mengetahui, apa itu osilator cincin, penurunan , tata letak, rumus frekuensi, dan aplikasi.
Apa itu Osilator Cincin?
Definisi dari ring oscillator adalah “sejumlah inverter ganjil yang dihubungkan dalam bentuk seri dengan umpan balik positif & output berosilasi antara dua level tegangan baik 1 atau nol untuk mengukur kecepatan proses. Sebagai ganti inverter, kita dapat mendefinisikannya dengan gerbang NOT juga. Osilator ini memiliki inverter dengan jumlah 'n' ganjil. Misalnya, jika osilator ini memiliki 3 inverter maka itu disebut osilator cincin tiga tahap. Jika jumlah inverter tujuh maka osilator cincin tujuh tahap. Jumlah tahapan inverter pada osilator ini terutama tergantung pada frekuensi yang ingin kita hasilkan dari osilator ini.
cincin-osilator-diagram
Perancangan osilator cincin dapat dilakukan dengan menggunakan tiga buah inverter. Jika osilator digunakan dengan satu tahap, maka osilasi & penguatan tidak cukup. Jika osilator memiliki dua inverter, maka osilasi dan penguatan sistem sedikit lebih banyak daripada osilator cincin satu tahap. Jadi osilator tiga tahap ini memiliki tiga buah inverter yang dihubungkan dalam bentuk seri dengan sistem umpan balik positif. Jadi osilasi & penguatan sistem sudah cukup. Inilah alasan untuk memilih osilator tiga tahap.
“Osilator cincin menggunakan jumlah inverter ganjil untuk mencapai penguatan lebih dari satu penguat pembalik. Inverter memberikan penundaan pada sinyal input dan jika jumlah inverter bertambah maka frekuensi osilator akan berkurang. Jadi frekuensi osilator yang diinginkan tergantung pada jumlah tahapan inverter dari osilator. ”
Frekuensi s rumus osilasi untuk osilator ini adalah
frekuensi dering osilator
Disini T = waktu tunda untuk inverter tunggal
n = jumlah inverter pada osilator
Tata Letak Cincin Osilator
Dua diagram di atas menunjukkan skema dan bentuk gelombang keluaran untuk osilator cincin 3 tahap. Di sini, ukuran PMOS dua kali lipat dari NMOS. Itu NMOS ukurannya 1.05 dan PMOS 2.1
cincin-osilator-tata letak
Dari nilai-nilai ini, periode waktu osilator cincin tiga tahap adalah 1.52ns. Dengan jangka waktu tersebut, dapat dikatakan bahwa osilator ini dapat menghasilkan sinyal dengan frekuensi berkisar 657,8MHz. Untuk menghasilkan sinyal yang lebih kecil dari frekuensi ini berarti kita harus menambahkan lebih banyak tahapan inverter ke osilator ini. Dengan demikian, penundaan akan meningkat dan frekuensi operasi akan berkurang. Misalnya untuk menghasilkan sinyal 100MHz atau lebih kecil dari sinyal frekuensi, 20 jumlah tahapan inverter perlu ditambahkan ke osilator ini.
cincin-osilator -output2
Gambar di bawah ini menunjukkan tata letak osilator cincin. Ini adalah osilator 71 tahap untuk menghasilkan sinyal pada frekuensi 27MHz. Inverter yang digunakan pada osilator ini dihubungkan menggunakan kontak L1M1 dan PYL1. Dengan kontak ini, masukan dan keluaran dari inverter dihubungkan bersama. Dan pin Vdd untuk tujuan koneksi sumber.
ring-osilator-tata letak-71-tahap
Ring Oscillator menggunakan Transistor
Osilator cincin adalah kombinasi dari inverter yang terhubung dalam bentuk seri dengan koneksi umpan balik. Dan output dari tahap akhir dihubungkan lagi ke tahap awal osilator. Ini dapat dilakukan melalui implementasi transistor juga. Gambar di bawah ini menunjukkan implantasi osilator cincin dengan a Transistor CMOS .
cincin-osilator-menggunakan-transistor
- Input dapat diberikan ke osilator ini melalui pin 6 dan pin 14 yang terhubung ke Vdd dan pin 7 terhubung ke ground.
- C1, C2, dan C3 adalah kapasitor yang memiliki nilai 0.1uF.
- Di sini pin 14 yaitu harus mendapatkan tegangan suplai 3.3V.
- Output dari osilator ini dapat diambil setelah port pin 12.
- Setel nilai Vdd ke 3.3V dan setel frekuensi ke 250Hz. Dan kapasitor C1, C2, dan C3 mengukur waktu naik dan waktu jatuh pada setiap tahap keluaran inverter. Perhatikan frekuensi osilasi.
- Kemudian hubungkan pin Vdd ke 5V dan ulangi proses di atas dan catat waktu tunda propagasi dan frekuensi osilasi.
- Ulangi proses tersebut dengan beberapa level tegangan, maka kita dapat memahami, jika tegangan suplai meningkat delay gerbang (waktu naik dan waktu jatuh) berkurang. Jika tegangan suplai menurun penundaan gerbang meningkat.
Formula Frekuensi
Berdasarkan jumlah tahapan inverter dalam frekuensi osilator cincin dapat diturunkan dengan rumus berikut. Di sini waktu tunda setiap inverter juga penting. Frekuensi osilasi stabil terakhir dari osilator ini adalah,
Di sini, n menunjukkan jumlah tahapan inverter yang digunakan pada osilator ini. T adalah waktu tunda setiap tahap inverter.
Frekuensi osilator ini hanya bergantung pada tahapan waktu tunda dan banyaknya tahapan yang digunakan pada osilator ini. Jadi, waktu tunda adalah parameter terpenting dalam mencari frekuensi osilator.
Aplikasi
Beberapa aplikasi osilator ini akan dibahas disini. Mereka,
- Ini digunakan untuk mengukur pengaruh tegangan dan suhu pada sebuah chip terintegrasi .
- Selama pengujian wafer, osilator ini lebih disukai.
- Dalam penyintesis frekuensi, osilator ini dapat diterapkan.
- Untuk tujuan pemulihan data dalam komunikasi data serial, osilator ini berguna.
- Di fase terkunci loop (PLL) VCO dapat dirancang dengan menggunakan osilator ini.
UNTUK osilator cincin telah dirancang untuk menghasilkan frekuensi yang diinginkan dalam kondisi apapun. Frekuensi osilasi tergantung pada jumlah tahapan dan waktu tunda tiap tahap inverter. Dan pengaruh suhu dan tegangan osilator ini dapat diuji dalam lima kondisi. Dalam semua kondisi pengujian yang berbeda jika suhu meningkat, periode waktu keluaran dapat menurun dibandingkan dengan nilai suhu yang paling rendah. Kita perlu menganalisis kebisingan fasa dan nilai jitter jika suhu bervariasi.
