Понадобился мне RC генератор. Вроде бы все просто – ставим инвертор, RC цепочку и вуаля. А что, если нужно, чтобы частота была хотя бы приблизительно стабильна при изменении температуры и от устройства к устройству?

У xilinx есть замечательный аппноут – six easy pieces. Там нарисована вот такая картинка:

Я сразу не понял, почему частота не зависит от порогов и температуры и для чего нужны два резистора. Потом сел рисовать диаграммы напряжения. Итак:

• С заряжается через верхний R.
• Нижняя ножка смотрит, зарядился ли C.
• А теперь происходит магия – когда C зарядился, вывод, который подключен к C переключается в противоположное состояние. Напряжение в точке соединения резисторов и конденсатора подскакивает выше напряжения питания.  Вот тут и нужен нижний R – он не дает выжечь вход плисины, работают защитные диоды.

В итоге, сигнал в точке соединения резисторов и конденсатора получается вот такой:

Резкие изломы на графике (зеленая стрелка) – это пороговое напряжение.

Так как конденсатор заряжается и разряжается по одинаковому “маршруту”, то и длительность верхнего и низкого уровня одинаковая. (естественно, с погрешность, равной гистерезису ножки).

Частота определяется только параметрами пассивных компонентов и напряжением питания.

Для чего нужен триггер? Триггер убирает дребезг при переключении. Он сравнивает в какую сторону конденсатора заряжается и в какую сторону он фактически зарядился. Переключение происходит только если эти направления совпадают.

Мой код для этого генератора:

module RCOscillator(
    inout Resistor,
    inout Capacitor,
    input Sense,
    output Clock
    );

reg latch;
assign Capacitor = latch;
assign Resistor = !Capacitor;
assign Clock = latch;

always @(*) begin
	if (Resistor & Sense) begin
		latch = 1;
	end else if (!Resistor & !Sense) begin
		latch = 0;	
	end
end

endmodule

Думаю, понятно, что Resistor – это верхний вывод, Capacitor – средний, а Sense – нижний.

Нижний резистор неплохо бы выбирать раз в 10 больше, чем верхний.

А вот и аппноут в тему о RC генераторах: https://www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-118.pdf

В нем предлагается вот такая формула для оценки частоты генератора:

Но я лично, думаю, что оценивать его бесполезно – нужно собирать и пробовать. Почему? Потому, что в процессе участвуют и напряжение питания и гистерезис выводов и защитные диоды.

У меня этот генератор упорно не хотел выдавать 50% заполнение. Оказалось, что у xilinx’совских CPLD даже при отключенном bus-keeper’е остается слабая подтяжка, номинал которой зависит от температуры, поэтому и частота хоть и не сильно, но от температуры зависит.