CMOS チップ上の矩形パルス発生器。スキーム、説明

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CMOSチップ上の矩形パルス発生器。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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この記事の著者は、CMOS マイクロ回路に基づくさまざまな発振器の特性を研究する実験作業を実行しました。その結果、彼は、彼の意見では最も興味深い実行オプションのいくつかを選択し、それを読者の注意を引くために提示しました。

この記事では、さまざまな K561 シリーズマイクロ回路上に構築された方形パルス発生器のいくつかの回路設計について簡単に説明します。その構成上、この記事は比較参照です。各スキームについて、パラメータと機能のリスト (表を参照) が示されているほか、消費電流と生成周波数の供給電圧への依存性もグラフで示されています。
図のスキームによるジェネレータ。 抵抗R1の抵抗値の下限、kOhm 最高世代周波数、MHz 最小供給電圧、V 85°Cに加熱したときの周波数の変化、% 出力パルスのデューティサイクル
1、および 1 2 2 -4 2
2、および 1 2 4 - 2
3、および 0,56 2 2,5 -5 >2
4、および 0,56 2 2 +2,5 <2
5、および - 1,3 3 - <2
6、および 1 1 1,4 -11 >2

さらに、発電機ごとに、周波数設定回路の要素の値（周波数 - ヘルツ、抵抗（オーム）、静電容量 - ファラド、インダクタンス - ヘンリー）に応じて生成される周波数の値を計算できる式が示されています。ちなみに、RC発電機の場合は、周波数 - キロヘルツ、抵抗（キロオーム）、静電容量 - マイクロファラッドの方が便利です。 LC ジェネレーター: 周波数 (メガヘルツ)、キャパシタンス (ノファラッド)、インダクタンス (ミリヘンリー)。多くの発電機の計算式は経験的に得られました。

この記事で紹介されている考慮された発電機の特性はすべて、マイクロ回路の特定のサンプルを使用した実験の結果として得られました。マイクロ回路の他の例では、特性が多少異なる場合があります。周波数を計算する式は、電源電圧 5 V および周囲温度 25°C に対応しています。発電機の負荷容量は、K561 シリーズ超小型回路の要素の負荷容量と同じです。発電機の供給電圧の上限も、適用される一連のマイクロ回路によって決まり、15 V に等しくなります。下限は表に示されています。実用的な理由から、抵抗器の抵抗値の上限を 40 MΩ に設定しました。

容量性正帰還を備えた発電機では、要素の入力におけるパルスの振幅が電源電圧を超える可能性があります。このような場合、入力保護ダイオードが開き、電流が流れ始めます。この電流を制限するには、[1] で示し、[150] で使用したように、入力回路に 1 ～ 2 kOhm の抵抗を取り付ける必要があります。

この記事で検討するすべての発電機にはソフト励起があります。言い換えれば、供給電圧の上昇がどれほど遅くても、発電機は動作し続けます。

2I-NOT 要素に基づくジェネレーター (図 1、a) はすでに古典的となっており、多数の出版物で知られています。電源電圧 Upit が 2 V に低下しても動作は継続しますが、生成周波数は大幅に低下します。

CMOSチップ上の矩形パルスジェネレータ

パルスのデューティサイクルは、どの電源電圧でも 4 に近くなります。マイクロ回路ケースを加熱した結果、周波数は若干低下します (85°C で XNUMX%)。

このようなジェネレータは、2 つの 2OR-NOT 論理要素 (図 3、a)、4 つのインバータ (図 3、a)、および 2 つのインバータ (図 9、a) で作成することもできます。 15 台および XNUMX 台のインバータでの発電機の動作と違いの詳細については、[XNUMX] を参照してください。 XNUMXOR-NOT 要素に基づく発電機の場合、発電周波数はマイクロ回路ケースの温度に実質的に依存せず、インバーターに基づく発電機の場合、周波数は Upit = XNUMX ... XNUMX V セクションで非常に安定していることに注意してください。

CMOSチップ上の矩形パルスジェネレータ

図 5a は、2I-NOT 論理要素を備えた単純な LC ジェネレーターの図を示しています。 LC 回路は素子の出力信号の位相を 180 度シフトし、その結果発電機が自励します。このような発振器は高周波で良好に動作し、穏やかに励起され、高温安定性を特徴としています[3]。

CMOSチップ上の矩形パルスジェネレータ

周波数が 1,3 MHz を超えると、出力パルスの振幅は低下し始めます。

2OR-NOT 要素もジェネレーター内で機能することができ、この場合、方形パルスではなく、正弦波に近い形状の振動が生成されます。

発電機を安定して動作させるには、LC 回路のインピーダンスを 2 kΩ 以上にする必要があります。発生周波数はLC回路の共振周波数とほぼ一致します。この発電機の利点は、周波数の高温安定性です。

同様の構造の発電機を単一のシュミットトリガー要素に実装できます (図 6a)。供給電圧が最大に近い場合、周波数は非常に安定します。さらに、非常に経済的です。6 V 未満の電源電圧で、消費電流はわずか数十マイクロアンペアです。

CMOSチップ上の矩形パルスジェネレータ

文学

ＢｉｒｕｋｏｖＳ．Ａ．ＭＯＳ集積回路に基づくデジタルデバイス、ｖｏｌ． 1132、p. 60-65; 問題1220、p. 105-111。 - M.: ラジオと通信、1990 年。 1996年（MRB）。
Nechaev I. 電源なしのロジックプローブ。 - ラジオ、1990 年、第 10 号、83,84、XNUMX ページ。
Biyukov S. CMOS マイクロ回路上のジェネレーターとパルス整形器。ラジオ、1995 年、第 7 号、36,37、XNUMX ページ。
論理要素に基づくキベリン N. LC ジェネレーター。 - ラジオ、1990 年、第 7 号、55 ページ。

著者: S. エリモフ、チェボクサル

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