نوسان ساز حلقوی

نوسان ساز حلقوی وسیله ای است که از ترکیب تعداد فردی از دروازه های NOT در یک حلقه تشکیل شده است، که خروجی آن بین دو سطح ولتاژ در نوسان است. دروازه های نات، یا معکوس کننده ها در یک زنجیره به هم وصل شده اند و خروجی آخرین معکوس کننده به ورودی اول بازخورد داده می شود.
برای درک عملکرد نوسان ساز حلقوی، ابتدا باید تأخیر دروازه را درک کرد. در یک قطعه فیزیکی، هیچ دروازه ای نمی تواند فوراً تغییر کند. به عنوان مثال در قطعه ساخته شده با ماسفت، برای جاری شدن جریان بین سورس و درین، باید خازن گیت شارژ شود؛ بنابراین، خروجی هر معکوس کننده در یک نوسان ساز حلقوی بعد از مقدار محدودی از زمان تغییر ورودی، تغییر می کند. از این جا به راحتی می توان دریافت که اضافه کردن معکوس کننده های بیشتر به زنجیره باعث تأخیر در کل دروازه می شود و فرکانس نوسان را کاهش می دهد.
اگر 't' نمایانگر تأخیر زمان برای یک معکوس کننده باشد و 'n' تعداد معکوس کننده های موجود در زنجیره معکوس کننده را نشان دهد، سپس فرکانس نوسانات توسط
f = 1 2 t n . [ ۱]
زمان تناوب نوسان ساز حلقوی به صورت تصادفی T = T + T ′ که T ′ مقداری تصادفی است، ارتعاش می کند. در مدارهای با کیفیت بالا، اندازه T ′ در مقایسه با T بسیار کم تر است. این تغییر در زمان تناوب نوسان ساز، جیتر نام دارد. [ ۲] اثرات دمای محلی باعث می شود زمان تناوب نوسان ساز حلقوی به بالا و پایین متوسط زمان تناوب بلند مدت منحرف شود. [ ۳] هنگامی که سیلیکون سرد است، تأخیر انتشار کمی کوتاه تر است و باعث می شود که نوسان ساز حلقوی با فرکانس کمی بالاتر کار کند، که درنهایت دمای موضعی را بالا می برد. هنگامی که سیلیکون گرم است، تأخیر انتشار کمی طولانی تر است و باعث می شود که نوسان ساز حلقوی با فرکانس کمی پایین تر کار کند، که در نهایت دمای موضعی پایین می آید؛ بنابراین، فرکانس نوسان ساز حلقوی سیلیکونی به طور کلی هنگامی که دمای محیط ثابت باشد و عوامل انتقال گرما از قطعه به محیط اطراف تغییر نکند پایدار خواهد بود. البته توجه داشته باشید که مواد الکترونیکی غیر از سیلیکون ممکن است رابطه مثبتی بین دما و تأخیر انتشار نداشته باشند. اگر رابطه منفی باشد، فرکانس می تواند ناپایدار شود ( و حتی از نظر تئوری فرار حرارتی نیز ممکن است ) .
• اسیلاتور کنترل شده با ولتاژ در اکثر حلقه قفل شده فاز ها از یک نوسان ساز حلقوی ساخته شده است.
• جیتر نوسان ساز حلقوی معمولاً در سخت افزار تولیدکننده های شماره تصادفی استفاده می شود. [ ۲] [ ۳] [ ۴]
• یک نوسان ساز حلقوی گاهی برای نشان دادن سخت افزار جدید یک فناوری استفاده می شود، مشابه با روشی که یک برنامه «سلام، دنیا!» اغلب برای نشان دادن یک فناوری نرم افزاری جدید استفاده می کند. [ ۵] [ ۶]
• بسیاری از ویفرها شامل یک نوسان ساز حلقوی به عنوان بخشی از ساختارهای تست ویفر هستند. از آنها در طول آزمایش ویفر برای اندازه گیری اثرات تغییرات فرایند تولیدی استفاده می شوند. [ ۷]
• از نوسان ساز حلقوی نیز می توان برای اندازه گیری تأثیر ولتاژ و دما بر روی تراشه استفاده کرد. [ ۸]