設計目標

設計の説明

この発振器回路は、選択した周波数の方形波を生成します。これは、抵抗 R₁ を通してコンデンサ C₁ を充電および放電することで行われます。その発振周波数は、R₁と C₁ の RC 時定数と、R₂、R₃、R₄ の抵抗ネットワークで設定されるスレッショルド レベルによって決まります。発振器の最大周波数は、コンパレータのトグル レートと出力の容量性負荷によって制限されます。この発振器の回路は、時間基準またはスーパーバイザのクロック ソースとして一般に使用されます。

デザイン ノート

1. コンパレータのトグル速度と出力容量は、高速の発振器を設計するときの重要な考慮点です。
2. C₁ には、浮遊容量に起因する誤差が最小となるように、十分に大きな値を選択します。
3. セラミック コンデンサを使用する場合、温度に対して最高の安定性を得るため、COG または NPO タイプを使用します。
4. 浮遊容量の影響を最小化するため、R₂、R₃、R₄ 抵抗ネットワークには値の小さい抵抗を選択します。
5. R₂、R₃、R₄ を調節して、50% 以外のデューティ サイクルを設定することもできます。

設計手順

1. R₂ = R₃ = R₄ のとき、この抵抗ネットワークは非反転入力の発振器トリップ ポイントを電源電圧の 1/3 と 2/3 の電位に設定します。
2. 出力が High の際に出力を Low に戻すための上側トリップ ポイントは、電源電圧の 2/3 に設定されます。
   ${\text{V}}_{\text{o}}{\text{ = V}}_{\text{s}}\left(\frac{{\text{R}}_{\text{3}}}{{\text{(R}}_{\text{2}}{\text{∥R}}_{\mathrm{4}}{\text{)+R}}_{\text{3}}}\right)\text{ = }\frac{\text{2}}{\text{3}}{\text{V}}_{\text{s}}\text{ = 3.33V}$
3. 出力が Low の際に出力を High に戻すための下側トリップ ポイントは、電源電圧の 1/3 に設定されます。
   ${\text{V}}_{\text{o}}{\text{ = V}}_{\text{s}}\left(\frac{{\text{R}}_{\mathrm{3}}{\text{∥R}}_{\text{4}}}{{\text{(R}}_{\text{3}}{\text{∥R}}_{\text{4}}{\text{)+R}}_{\text{2}}}\right)\text{ = }\frac{\text{1}}{\text{3}}{\text{V}}_{\text{s}}\text{ = 1.67V}$
4. 発振のタイミングは、抵抗 R₁ を通してコンデンサ C₁ が充電および放電する速度によって制御されます。このコンデンサは、コンパレータの反転入力の電圧を設定します。コンデンサの放電時間を計算します。
   ${\text{V}}_{\text{c}}{\text{ = V}}_{\text{i}}{\text{e}}^{\text{-}\frac{\text{t}}{{\text{R}}_1{\text{C}}_1}}$
   $\frac{\text{1.67}}{\text{3.33}}{\text{ = e}}^{\text{-}\frac{\text{t}}{{\text{R}}_1{\text{C}}_1}}$
   ${\text{t = 0.69R}}_1{\text{C}}_1$
5. コンデンサの充電時間を計算します。
   ${\text{V}}_{\mathrm{i}}{\text{ = V}}_{\text{c}}\left({\text{1-e}}^{\text{-}\frac{\text{t}}{\text{RC}}}\right)$
   $\text{1.67 = 3.33}\left({\text{1-e}}^{\text{-}\frac{\text{t}}{\text{RC}}}\right)$
   $\frac{\text{1.67}}{\text{3.33}}{\text{ = e}}^{\text{-}\frac{\text{t}}{\text{RC}}}$
   ${\text{t = 0.69R}}_1{\text{C}}_1$
6. コンデンサの充電および放電時間は、0.69R₁C₁ で与えられます。目的の発振器周波数が 1MHz のとき、充電または放電の時間は 500ns になります。
   ${\text{0.69R}}_{\text{1}}{\text{C}}_{\mathrm{1}}\text{ = 500ns}$
   ${\text{R}}_{\text{1}}{\text{C}}_{\text{1}}\text{ = 724ns}$
7. C₁ に 100pF を、R₁ に 6.8kΩ (実際に選択できる最も近い値) を選択します。

設計シミュレーション

過渡シミュレーション結果

設計の参照資料

回路 SPICE シミュレーション ファイル SBOMAO3 を参照してください。

設計で使用されているコンパレータ

設計の代替コンパレータ