用RS触发器和RCdelay作振荡器

adele

[local]2[/local]如题，有一篇silab的patent，用上述方法作高精度片上振荡器。
8 c" @  {7 t5 _% c, O2 ~试着，搭了一下，原理似乎很容易明白，可是initial态总觉得是矛盾的，搞不懂，郁闷。
: s4 u# i# T( {% z8 z, F0 V: J还有patent里面写的RS触发器也是有点怪，还是初始态的问题。
+ ]3 y1 \$ P9 t% J( N
1 G1 O9 D* A( G, M: x; X" I
patent：US0241833

finster

附圖是擷取自92年交大碩班畢業生畢業論文中clock generator circuit
) [/ W4 f. c( g7 b基本上和你的電路圖差不多,只是再多增加reset功能
2 F3 x. d2 w0 {& s2 b$ L至於reset功能,最主要是將capacitor上的電荷放到0
( e. m9 t9 A" G1 d這個電路沒有錯,R-S latch的接法也正確

adele

上图也是初始态不对头啊。
: L& e" u4 f5 E因为用reset将两个电容上的电压放到0，那么R、S端不就都为0了吗，而这个reset并没有设RS触发器的初始态啊。
在电路正常工作的时候，要求R、S端都为0时，Q与Qbar是保持上一状态的值；而在初始的时候，却在R、S端都为0时，
要求Q与Qbar有初始值，这不是矛盾吗？

finster

在作reset時,我們是不管R-S latch的狀態的
在這個電路中,reset的最重要意義是要把電容上的電荷給放到0伏,如此一來在電路正常運作時,才能讓兩個電容上的電壓從0伏往上充電,進而使比較器判斷出那邊的電位比較高或者低,進而產生出clock
而在脫離掉reset後,電流會對兩個電容作充電,因為兩個電容的大小有一個倍率關係,所以一個會比較快超過另外一個Vc電壓,此時比較器就能夠判斷出來並進而產生動作
若你覺得很奇怪,實際跑模擬並看waveform就能夠理解電路是如何運作的
% `$ o# v( X/ B& k! Q
你貼的那個電路圖,並沒有附上把電容上的電荷放到0伏的功能
這點,其實也並沒有錯,因為一開始時,電容上的電荷有可能都會在0伏,但,這是在一開始的情況,如果系統只是作power down mode後然後又啓動,那這個沒有reset功用的電路就會有問題

adele

看来finster你的理解有误哦！
$ y7 N* ^5 g1 ~8 D. |. s" D1. reset后，两个电容上电压N2、N1都为0，没错。那么，比较器输出应都为0，R、S两端应都为0。
    若不管此时Q、Qbar的输出值，怎么能够使M3/M5gate上电压为0，从而对电容充电？
2. 对于充电电流，应该是M3和M5只有一边通，对一边电容充电，而另一边电容在放电，否则怎么满足Q、Qbar是相反关系？
因此，还是那个初始态的问题，怎样从reset后过渡到正常工作状态？

7 G! G$ Z7 _; a; R0 z8 X. f谢谢finster的耐心探讨！

adele

看来finster你的理解有误哦！
1. reset后，两个电容上电压N2、N1都为0，没错。那么，比较器输出应都为0，R、S两端应都为0。
( L9 r) `0 [3 D8 l! e0 f4 y    若不管此时Q、Qbar的输出值，怎么能够使M3/M5gate上电压为0，从而对电容充电？
0 o& _6 t2 ]7 p2 n% E2. 对于充电电流，应该是M3和M5只有一边通，对一边电容充电，而另一边电容在放电，否则怎么满足Q、Qbar是相反关系？
因此，还是那个初始态的问题，怎样从reset后过渡到正常工作状态？
" E3 Y# D; Q0 ^- V+ [
谢谢finster的耐心探讨！

finster

附圖是兩種可以組成R-S latch的電路
+ u  n1 b  a3 L: [/ z) n以使用NOR Gate的R-S latch電路來說,在reset後,S和R均為"0",此時Q和Qb一個為"1",另外一個為"0",不管那一個為"1"或者"0"
假若Q="0",Qb="1",M3導通,然後對C1充電使N1電壓昇高,當N1電壓高於Vref,S變成"1",......
$ _6 R, x8 X+ P+ _9 [+ o假若Q="1",Qb="0",M5導通,然後對C2充電使N2電壓昇高,當N2電壓高於Vref,R變成"1",......
你只要跑一下模擬就可以看到上述兩種情況的變化,不管是那一種,都可以動作

adele

Oh, yes, 终于了解问题所在了！
初始，RS触发器在R S均为0时，必须Q或Qbar为1，才是其稳态；这样就得到了我们想要的初始条件。
在正常动作的时候，当R S均为0时，Q和Qbar是保持上一状态的值，从而保证在翻转后继续保持充电放电的状态，year

! W$ S$ o& e0 fThanks，finster！

basil

这是一个双比较器结构的RC振荡器，好像频率做不高呀
能超过150K吗？

finster

原帖由 basil 於 2008-9-9 04:39 PM 發表
这是一个双比较器结构的RC振荡器，好像频率做不高呀
3 l0 c7 i5 U3 M3 ^! T7 p( J) {能超过150K吗？

9 r: {; P3 I) P可以

bkat

想問一下這樣的OSC有什麽優缺點？
4 M  d2 H3 N8 F
  w+ u2 |, h) N0 |# K. S為什麽不用最簡單的Ring OSC呢？

finster

這種r-c oscillator的優點是簡單,易控制和設計出想要的frequency
而且,你只要依照公式C=I/(Vc*fc)就可決定出頻率,而當你將所有參數固定,只要改變其中一項參數就可任意調變出想要的頻率,而且,若要作微調時,很容易從其中一項參數的微調就可設計出相對精準的frequency
1 o; S6 z1 x2 [4 s( ^9 l+ Z  ?; T* M缺點,其實也還不少,其中最嚴重的大概就是對電容作charge and discharge時的linearity問題
因為它的非線性問題,所以就會造成clock有phase shift issue,所以,有些PWM DC-DC會再作一個補償電路
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9 H" x$ \6 P, |# `; i  D8 O至於為何不用ring oscillator
ring oscillator的優點是電路簡單
但,缺點是它的振盪頻率很難任意調整和改變(這點是指在電路設計好之後),雖然可以預留一些programmable control pin來設定,但,總比不上r-c oscillator那樣子易從公式來推導出想要的頻率
, }, J$ b8 ?8 F: w2 @4 M1 H& j8 x' T9 Q而且,ring oscillator對於process, power supply的變異非常大,因為ring oscillator最簡單的架構是用反相器組成,而這種架構的ring oscillator是最易受到process和power supply變動影響的電路

/ d9 g( Y$ e! e& Y. v2 V兩者電路各有優缺點,就看應用的規格為何