Integrované obvody CMOS - Ročníková práce Elektrotechnologie
Níže je uveden pouze náhled materiálu. Kliknutím na tlačítko 'Stáhnout soubor' stáhnete kompletní formátovaný materiál ve formátu DOC.
Obr.14. Kruhový oscilátor s omezením proudu
Předešlé zapojení VCO je velmi jednoduché a poskytuje efektivní řešení VCO na čipu v technologii CMOS. Za hlavní nevýhodu lze označit malou odolnost oscilátoru vůči rušení způsobeným kolísáním napájecího napětí. V synchronních digitálních obvodech vznikají vlivem současného spínání velkého počtu hradel proudové špičky, které způsobují prudké poklesy napájecího napětí. Toto kolísání napětí ovlivňuje zpoždění jednotlivých invertorů v oscilátoru a dochází tak k přídavnému fázovému šumu na výstupu oscilátoru. Tento problém lze částečně vyřešit oddělením napájecího napětí pro VCO a zbylou část obvodu. Zvýšení odolnosti proti pronikání rušivých signálu z napájecích linek lze však také dosáhnout použitím diferenciálních signálů, tj. nahrazením invertoru jednoduchým diferenciálním zesilovačem.
8.3.1 Modifikace kruhového oscilátoru
Diferenciální oscilátor i přes svoje nevýhody umožňuje dosáhnout vyšších kmitočtů než jednoduchý kruhový oscilátor. U kruhového oscilátoru je výstupní amplituda signálu rovna velikosti napájecího napětí, kdežto u diferenciálního oscilátoru může být výstupní amplituda značně malá, což umožňuje rychlejší změny výstupního signálu.
Obr.15. Zapojení kruhového oscilátoru se záporným zpožděním
I když se zdá, že zapojení jednoduchého kruhového oscilátoru již nelze zrychlit, existuje řešení. V odborné literatuře se označuje jako "negative – skewed delay scheme", neboli " zapojení se záporným zpožděním". Princip činnosti je znázorněn na obr.5. Základní stavební buňkou je modifikovaný invertor, u něhož jsou vstupy tranzistorů NMOS a PMOS odděleny. Tranzistor NMOS je buzen z předchozího výstupu X, tak jak je to obvyklé pro kruhový oscilátor. Tranzistor PMOS je však buzen z výstupu Y, který předchází výstup X o dvě zpoždění Π. Uvažujeme-li uzel X obecně jako i-tý v obvodu, pak uzel Y je právě (i - 2). Každý druhý uzel je brán z důvodu shodné fáze, neboť každý invertor má fázový posuv Π. Vztah obou signálů si lze představit jako záporné zpoždění Y vůči X, z čehož plyne název tohoto zapojení. Tímto zapojením lze kompenzovat pomalejší sepnutí tranzistoru PMOS, snížit zpoždění základní buňky a tím zvýšit pracovní kmitočet oscilátoru. Dále lze dosáhnout až 50% zvýšení kmitočtu oproti běžnému kruhovému oscilátoru. Zvýšení pracovního kmitočtu je však provázeno nárůstem spotřeby, neboť oba tranzistory PMOS a NMOS jsou po krátký čas otevřeny současně. I přes tuto nevýhodu poskytuje zapojení s záporným zpožděním řešení pro oscilátory v technologii CMOS bez pasivních prvků. Oba aktivní tranzistory jsou provozovány jako spínače, což redukuje fázový šum způsobený tepelným šumem součástek. Zapojení na obr.15 je pouze ilustrativní a neumožňuje nastavení pracovního kmitočtu. Oscilátory používané v PLL aplikacích však vyžadují možnost řízení kmitočtu alespoň v určitém rozsahu, ať již pro vlastní činnost fázového závěsu, tak mnohdy i díky rozptylu parametrů na čipu.