デジタル論理

リングオシレータ

NOTゲートを輪に接続します。このモデルでは奇数個だと変化が巡り続け、偶数個だと安定状態になります。

NOTゲート数による動作比較

インバータリング最後の出力が最初の入力へ戻る輪です。

赤枠は次に変わるゲートです。下の波形はn0の信号を示します。

奇数個では反転が巡り続ける

NOTは0を1、1を0にします。奇数回反転して戻ると元の値と逆になるため、変化が輪を巡り続けて発振します。

偶数回なら元の値に戻り、安定状態を保てます。交差接続した2個のインバータは1ビットを保持でき、SRAMの基本原理です。

ゲート数と伝搬遅延が周波数を決める

実際のゲートには入力から出力までの遅延があります。同じ遅延t_pdのゲートN個なら、2周して0→1→0となる時間が1周期です。

f = 1 / (2 · N · t_pd)。例:t_pd=10ns、N=5なら10MHz。

ゲート数や負荷容量が増えると周波数は下がります。電流や電圧で遅延を調整するとVCOになり、PLLなどに使われます。

遅延は温度や電源電圧に依存します。安定した基準が必要なら水晶発振器を使います。