环形振荡器

vo
与vi、vo均有关
当v' i
VDD
/2
vi

(1
R1 R2
)

VTH
电路输出低电平 负向VT阈 值电压
当v' i
VDD / 2
vi

(1
R1 R2
) VTH
电路输出高电平 正向阈值电压
VT
3
复习
vi
v ' 正反馈 i
VDD
VDD / 2
O
正反馈
VT VT
Vo
VDD
4.改进型 目的，调节占空比。
VOH VOL
VT+
VT- t
t
16
课后作业
阅读：555定时器
数字系统设计
19
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输等入于数据0（即R1中不包含“1”
vI1
(vO )
tpd
O
t
vI2
tpd
O
t
vI3
tpd
O
t
数字系统设计
3.周期：
T 6tpd
4.推广：
其中：n为奇数，且n≥3
T 2ntpd
14
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
目的：获取较低振荡频率 （2）实用电路
t
vI1(t) 1.5VDDe
VTH VDD 2
t w2 Ln 3 Rf CLn 3
数字系统设计
v I1
3 2
VDD
VTH
t
0V
O
vO1
O
t
vO2
tw1
O
tw2
t
周期
T t w1 t w2 2R f CLn 3
13
3 环形振荡器
1.电路组成：
2.波形分析:以VO从0变为1开始
v'
VO
I
•当VI 从VDD变小时，
v' I

R2 R1 R2
vI

R1 R1 R2
vDD
vI>VT-时，
v
Fra Baidu bibliotek
' I

VTH,VO=VDD（CD段）
v vi略小于VT-时，
有一正反馈过
'
I
程
VO
4
用门电路组成的单稳态触发器 一、微分型单稳态触发器 1.电路组成（CMOS门和RC微分电路）
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
O A B C DE
数字系统设计
（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，
v
' I

R2 R1 R2
vi
vI<VT+时，
v
' I

VTH
,VO=0（AB段）
vi略大于VT+时，有一正反馈过程
2
施密特触发器
1 用门电路组成施密特触发器
一.CMOS非门构成
1 . 电路组成
条件：R1 R2
2 . 符号
数字系统设计
3 . 原理
复习
假设：CMOS为理想器件，即
Ri , VTH VDD / 2, VOH VDD, VOL 0V
(1)
v' I

R2 R1 R2
vI

R1 R1 R2
t
x(t) x() [x(0) x()]e
数字系统设计
1
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
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
O
vO2
O
vC
O 充电
第一 暂稳
第二 暂稳
VTH
t
t
t
假设VO1=0 分析起点
t
数字系统设计
11
3.计算振荡周期 （1） 计算tw1：
充电
v I1
O
VDD 2
vO1
O
v v
I1 I1
(0 ) 0.5VDD () VDD
(R ON(P) R f )C R f C
2.原理：
复习
•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; Ri ; VTH VDD / 2
（1）求稳态：
电路不再充放电，电路可视
为
开路。
vI2 VDD
vO 0v
数字系统设计
为下一阶段服务
vC 0v
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
复习
时间常数τ： RC, L R
初始值x(0+)： vc (0 ) vc (0 ), iL (0 ) iL (0 ) 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。
vO2
tw1
O
t
vI1(t) VDD 1.5VDDe
VDD V 2 数字系统设T计H
tw1 Ln 3 Rf CLn 3
VDD VTH t
t
tw2
t
12
（2） 计算tw2：放电
v v
I1 I1
(0 ) 1.5VDD () 0
(R ON(P) R f )C R f C
振荡周期： CMOS
T 2RCLn3 2.2RC
TTL（估算）
T 2.2RC
与R、RS及TTL类型有 关
对于TTL要求：
数字系统设计
R<ROFF,RS<ROFF
15
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
2.原理
vI
O
vO
O
数字系统设计
T RC ln( VDD VT VT ) VDD VT VT
vO1 VDD
5
•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
数字系统设计
6
多谐振荡器
非对称式多谐振荡器电路 1.电路组成： VC
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
v I1
O
vO1