环形振荡器

电路输出高电平
数字系统设计
正向阈值电压
VT
4
复习
（2）当VT- < vI < VT+时？波形分析
•当vI<VT-时，VO=0（OA段、DE段） •当vI>VT+时，VO= VDD（BC段） •当vI从0变大时，
vi v ' i
VDD VDD / 2
正反馈
正反馈
R2 v vi R1 R 2
数字系统设计
24
计量“1”的个数数字电路系统结构示意图
0 Zero’ 1 E’ 0 1 2 3 Mux_1 S1 S0 2x4 Decoder Start 0 1 E Clock reset_b
数字系统设计
Fra Baidu bibliotek
D
G1
Start
Load_reg 0 1 2 Ready Incr_R2 Shift_left
C
D
E
数字系统设计
vi略小于VT-时， 有一正反馈过 程
v'I
VO
5
用门电路组成的单稳态触发器 复习 一、微分型单稳态触发器 2.原理： 1.电路组成（CMOS门和RC微分电路） •一般：R>>1k,分析时可怱略
ROH、ROL的影响 •对于CMOS门，可作以下近似：
VOL 0V, VOH VDD ; R i ; V V / 2 DD TH
目的：获取较低振荡频率 （2）实用电路
与R、RS及TTL类型有 关
数字系统设计
对于TTL要求： R<ROFF,RS<ROFF
16
4 用施密特触发器构成的多谐振荡器
1.电路结构 3.振荡周期
VDD VT VT T RC ln( ) VDD VT VT
4.改进型 目的，调节占空比。
数字系统设计
7
非对称式多谐振荡器电路 1.电路组成： VC
多谐振荡器
v I1
O
第一 暂稳
第二 暂稳
VTH
t
v O1
O
t
2. 原理 以CMOS器件为例分析
开机瞬间：v(0-)=0 •电路分析起点： 假设VO1=0 放电
vO2
O
t
假设VO1=0 分析起点
vC
O 充电
t
数字系统设计
12
3.计算振荡周期 （1） 计算tw1：
E 1
数字系统设计
23
计量寄存器中1的个数的数据选择器输入条件
现态 G1 0 0 0 0 1 1 1 G0 0 0 1 1 0 1 1 G1 0 0 0 1 1 1 0 次态 G0 0 1 0 0 1 0 1 Start’ Start Zero Zero’ None E’ E 1 E’ 1 E Zero’ 0 输入条件 MUX1 0 输入 MUX2 Start
趋向（稳态）值x(∞)： •电容不再充放电，ic=0.此时，电容可视为开路。 •电感电流不再变化，vL=0.此时，电感可视为短路。
x ( t ) x () [ x (0) x ()]e
数字系统设计
t

2
复习
概念

参数
脉冲周期T 脉冲幅度Vm 脉冲宽度Tw 上升时间tr 下降时间tf 占空比q q= Tw/T
vI2
O
tpd tpd
其中：n为奇数，且n≥3
t t
v I3
O
数字系统设计
T 2ntpd
15
5.特点 ：
•频率高，获取低频脉冲困难。 •频率不稳定，且频率不易调节。
6.带RC延时的环形振荡器：
（1）原理性电路
振荡周期：
CMOS
T 2RCLn 3 2.2RC
TTL（估算）
T 2.2 RC
22
reset_b
S_Idle Ready start
计量1
1 Load_regs S_Incr Incr_R2 1 S_Shift Shift_left S_Loop Zero
ASM算法 流程图
R1< = data R2< = all 1s R2<=R2+1
{E, R1}<={E,R1}<<1
描述矩形脉冲特性的主要参数
获取矩形波形
多谐振荡器电路 整形电路变换已有的周期性波形
数字系统设计
3
施密特触发器
1 用门电路组成施密特触发器
3 . 原理
复习
一.CMOS非门构成
1 . 电路组成
假设：CMOS为理想器件，即
R i , VTH VDD / 2, VOH VDD , VOL 0V
输入信号 （外部） 控制信号 控制单元 状态信号 数据路径
数字系统设计
输出数据
21
计量1的控制器和数据路径示意图
E Zero 数据
E Load_regs 控制器 Start Ready reset_b clock Shift_left Incr_R2
数据通道
R1
Shift_left R2
计数
数字系统设计
输入微分 输入微分作用： 使触发信号对暂稳持续时间不影响
（1）求稳态：
电路不再充放电，电路可视
vI 2 VDD
为 开路。
v O 0v
vO1 VDD
6
数字系统设计
为下一阶段服务
v C 0v
•多谐振荡器 -对称式多谐振荡器 -非对称式多谐振荡器 -环形振荡器 -施密特触发器组成的多谐振荡器
O
tw1
tw2 t
v I1 ( t ) 1.5VDD e
VTH
数字系统设计
t

周期
VDD
T t w1 t w 2 2R f CLn3
2
14
t w 2 Ln3 R f CLn3
3 环形振荡器
1.电路组成：
3.周期：
T 6t pd
4.推广：
2.波形分析:以VO从0变为1开始 v I1 (vO ) tpd t O
脉冲电路2
刘鹏
liupeng@zju.edu.cn
浙江大学信息与电子工程学院 信息与通信工程研究所
May 28, 2015
数字系统设计
1
一阶电路的分析
解微分方程法 三要素法 前提？ 阶跃信号
（1）三要素 时间常数τ： RC, L
复习
R
初始值x(0+)： vc (0 ) vc (0 ),i L (0 ) i L (0 )
充电
v I1
O
VDD 2
VDD
VTH
t
v O1
O
t
v I1 (0 ) 0.5VDD v I1 () VDD (R ON ( P ) R f )C R f C
vO2
O
tw1
tw2 t
v I1 ( t ) VDD 1.5VDD e
数字系统设计
t
' I
VT VT
vI<VT+时，
v'I VTH ,VO=0（AB段）
VO
vi略大于VT+时，有一正反馈过程
v'I
O
•当VI 从VDD变小时，
Vo
VDD
R2 R1 vI vI v DD R1 R 2 R1 R 2
'
vI>VT-时，
v'I VTH,VO=VDD（CD段）
O
A
B
0 S1 S0 1 2 3 Mux_2 D G0
3
25
(1)
R2 R1 vI vI vo R1 R 2 R1 R 2
'
与vi、vo均有关
当v i VDD / 2
'
vi (1
R1 R 2 条件：
R1 ) VTH R2
电路输出低电平
2 . 符号
T 负向阈值电压
V
当v i VDD / 2
'
vi (1
R1 ) VTH R2

VTH
VDD
2
t w1 Ln3 R f CLn3
13
（2） 计算tw2：
放电
v I1
O
3 VDD 2
VTH
t 0V
v O1
O
t
v I1 (0 ) 1.5VDD v I1 () 0 (R ON ( P ) R f )C R f C
vO2
2.原理
vI
O
VOH VOL
VT+ VT-
t
vO
O
数字系统设计
t
17
课后作业
阅读：555定时器
数字系统设计
20
课后阅读

如何计量寄存器中“1”的个数。要求采用数据选择器法实现控制器。控制器 的电路框图如图1所示; (1) 画出算法流程图; (2) 列表表示选择器的输入。 设计的数字电路系统包括两个寄存器R1和R2，以及一个触发器E。系统 能够对“1”的个数进行计量,将数据预置到寄存器R1，寄存器R2用于保 存对R1数据中“1”的个数的计数值。每次将R1最高位移位输出到触发 器E,触发器E的值可以被控制逻辑检测。每次遇到E为“1”，寄存器R2 加“1”。 控制器的外部输入信号Start启动状态机的操作，Ready为状态机的状态指 示。控制器采用异步复位，时钟正边沿触发。 控制器从数据通道接收两个状态输入指示信号E和Zero。。E是触发器的 输出信号，表明最高有效位的寄存器数据是“0”还是“1”；Zero是检 测寄存器R1是否全“0”的结果输出。当R1 等于0（即R1中不包含“1” 输入数据 ）时，信号Zero输出“1”。