环形振荡器设计

武汉理工大学课程设计说明书1目录目录..................................................................................................................................................1摘要..................................................................................................................................................2Abstract.............................................................................................................................................31设计目的及任务要求...................................................................................................................41.1设计目的............................................................................................................................41.2任务要求............................................................................................................................41.3软件简介............................................................................................................................42、工作原理.....................................................................................................................................52.1CMOS反相器电路............................................................................................................52.2静态CMOS反相器电路...................................................................................................52.3CMOS反相器的特性........................................................................................................62.4电压传输特性（VTC）....................................................................................................62.5开关阈值..........................................................................................................................82.6环形振荡器的工作原理..................................................................................................93、电路设计...................................................................................................................................124．仿真结果...................................................................................................................................14心得体会.........................................................................................................................................16参考文献.........................................................................................................................................17武汉理工大学课程设计说明书2摘要振荡器是用来产生重复电子讯号（通常是正弦波或方波）的电子元件。其构成的电路叫振荡电路，能将直流信号转换为具有一定频率的交流电信号输出。振荡器的种类很多，按振荡激励方式可分为自激振荡器、他激振荡器；按电路结构可分为阻容振荡器、电感电容振荡器、晶体振荡器、音叉振荡器等；按输出波形可分为正弦波、方波、锯齿波等振荡器。广泛用于电子工业、医疗、科学研究等方面。环形振荡器由三个非门或更多奇数个非门输出端和输入端首尾相接，构成环状。以三个非门为例，即非门A输出端连接到非门B输入端，非门B输出端连接到非门C输入端，非门C输出端到连接非门A输入端，在其中任何一个连接的位置都可以引出输出信号。本文将围绕环形振荡器进行具有具体功能的振荡器的理论分析与设计。关键词：集成电路环形振荡器反相器武汉理工大学课程设计说明书3AbstractOscillatorisusedtogeneraterepeatedelectricalsignals(typicallyasinewaveorsquarewave)oftheelectroniccomponents.Itscircuitconfigurationiscalledanoscillationcircuit,capableofDCintoACelectricaloutputsignalhavingacertainfrequency.Manytypesofoscillators,accordingtotheoscillationexcitationcanbedividedintoself-excitedoscillator,heexcitedoscillator;accordingtothecircuitstructurecanbedividedRC-oscillator,LCoscillator,crystaloscillator,thetuningforkoscillators;accordingtooutputwaveformcanbedividedintosinewave,squarewave,sawtoothoscillator.Widelyusedintheelectronicsindustry,medicalandscientificresearch.RingoscillatorconsistingofthreeormoreoddnumberofNANDgateNANDgateoutputandtheinputoftheendtoendtoformaring.InthreeoftheNANDgateasanexample,i.e.,theoutputofNANDgateAisconnectedtotheBinputoftheNANDgate,theNANDgateBoutputconnectedtotheinputterminaloftheNANDgateC,NANDgateCoutputtotheAinputoftheNANDgateisconnected,inwhichanywhereaconnectioncanleadtotheoutputsignal.Thisarticlewillfocusontheringoscillatoroscillatorhasaspecificfunctionofthetheoreticalanalysisanddesign.Keywords:ICinverterringoscillator武汉理工大学课程设计说明书41设计目的及任务要求1.1设计目的培养较为扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；加深对电路器件的选型及电路形式的选择的了解；提高集成电路的基本设计能力及基本调试能力；强化使用实验仪器进行电路的调试检测能力。1.2任务要求（1）学习ORCAD软件。（2）设计一个环形振荡器电路。（3）利用orcad软件对该电路进行系统设计、电路设计和版图设计，并进行相应的设计、模拟和仿真工作。1.3软件简介本次设计将主要使用ORCAD软件进行仿真。ORCADCapture(以下以Capture代称)是一款基于Windows操作环境下的电路设计工具。利用Capture软件，能够实现绘制电路原理图以及为制作PCB和可编程的逻辑设计提供连续性的仿真信息。OrCADCapture作为行业标准的PCB原理图输入方式，是当今世界最流行的原理图输入工具之一，具有简单直观的用户设计界面。OrCADCaptureCIS具有功能强大的元件信息系统，可以在线和集中管理元件数据库，从而大幅提升电路设计的效率。OrCADCapture提供了完整的、可调整的原理图设计方法，能够有效应用于PCB的设计创建、管理和重用。将原理图设计技术和PCB布局布线技术相结合，OrCAD能够帮助设计师从一开始就抓住设计意图。不管是用于设计模拟电路、复杂的PCB、FPGA和CPLD、PCB改版的原理图修改，还是用于设计层次模块，OrCADCapture都能为设计师提供快速的设计输入工具。此外，OrCADCapture原理图输入技术让设计师可以随时输入、修改和检验PCB设计。CadenceOrCADCapture是一款多功能的PCB原理图输入工具。武汉理工大学课程设计说明书52、工作原理2.1CMOS反相器电路图1显示了一个CMOS反相器的电路图，它由两只增强型MOSFET组成，其中TN为N沟道结构，TP为P沟道结构。两只MOS管的栅极连在一起作为输入端；漏极连在一起作为输出端。按照图1标明的电压与电流方向，Iv=GSNv,Ov=DSNv,并设DNi=DPi=Di。为了能使电路正常工作，要求电源电压DDV大于两只MOS管的开启电压的绝对值之和，即DDV（TNV+TPV）。iDniDpTPTNSDDSVIVDDVO图1GG2.2静态CMOS反相器电路图2显示了一个静态CMOS反相器的电路图。它的工作原理是，当inV为高并等于DDV时，NMOS管导通而PMOS管截止。此时在outV和接地点之间存在一个直接通路，形成一个稳态值0V。相反，当输入电压为低时，NMOS和PMOS管分别关断和导通。在DDV和outV之间存在一条通路，产生了一个高电平输出电压。武汉理工大学