环形振荡器

摘要： 基于高速串行通信系统中锁相环和时钟数据恢复电路的需求,研究了前馈环形振荡器的结构与工作原理;在传统结构的基础上,将前馈路径耦合至主路径反相器的源极,可以提高输出信号的边沿速率;最后基于Hajimiri模型的脉冲灵敏度函数进行分析,提出的结构有效降低了热噪声和闪烁噪声的引入。在28 nm CMOS工艺下设计了单源极前馈型和双源极前馈型的环形振荡器,仿真结果表明,振荡频率在2.5 GHz时,2种新结构相位噪声分别为-99 dBc/Hz@1 MHz和-105 dBc/Hz@1 MHz,FoM值分别为163 dBc/Hz和164 dBc/Hz。

摘要： 近年来硬件安全不断受到挑战,具有不可预测性、随机性等特性的环形振荡器物理不可克隆函数(Ring Oscillator Physical Unclonable Function,RO PUF)可作为硬件安全重要的加密密钥方式,但通常原始RO PUF不满足加密密钥对随机性的要求.因此,提出了基于多项式拟合频率重构的PUF优化方法.首先,实现RO电路的硬宏设计并在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)上进行实例化,从而获得RO阵列的频率数据;其次,针对原始响应的随机性较差的情况,通过统计分析其分布特征,利用多项式拟合法优化重构RO阵列频率;最后,采用熵密度值评估RO PUF响应的随机性.选用型号为Xilinx Artix 7103的FPGA板进行实验测试评估,结果表明所提方法不仅比原始RO PUF响应的随机性强,而且与随机补丁混合法(Random Patch Mixer,RPM)和基于回归的熵蒸馏法相比也具备更好的随机性.

摘要： 入网设备的身份认证是工业互联网、物联网安全运行的基础.通过分析物理不可克隆函数(Physical Unclonable Function,PUF)作为入网设备的身份凭据应具有的特性,建立了其性能的多层指标体系.按照性能指标的重要性分为必要指标、重要指标和应用指标,对每项指标及其评估方法进行了说明,并给出了可用于PUF选型的综合评估方案.实验结果表明,该PUF性能指标体系和评估方案在工程上是可行的.

摘要： 基于0.18 μm CMOS标准工艺,实现了一种调节供电电压对温度进行补偿的高精度时钟电路,且有效避免了温度变化及供电波动对振荡频率的影响.相较于同种类型电路,该结构无需带隙基准源及运算放大器,在优化性能的同时,极大程度地缩减了芯片面积及电路复杂度.经仿真验证,当温度变化为-40°C～85°C时,时钟偏差小于1％,可以稳定输出频率为2 MHz的时钟信号;当供电由1.6V波动至2.0V时,时钟振荡频率波动仅为28 Hz.

摘要： 近年来,FPGA的应用愈加广泛.为确保FPGA中数据安全可信,在基于环形振荡器的硬件木马检测方法之上,提出一种在Altera FPGA中使用增量编译技术实现环形振荡器和木马植入的方法以及使用归一化差值算法发现并定位木马的数据分析方法.设计基于环形振荡器的硬件木马检测电路,根据系统规模共部署6级振荡环,每级环形振荡器由121个与非门构成.根据木马电路类型和功耗来源,在电路中依次植入四种典型硬件木马,使用归一化差值算法分析环形振荡器振荡频率,最终实现所有类型的木马定位与检测.检测结果表明,基于环形振荡器的硬件木马检测方法在FPGA中具有很好的木马检出效果,不仅能够检测具有较大动态功耗的木马,也可以完成对具有很小的静态功耗木马的检测.所提出的方法已经在实际FPGA工程中使用,为及时发现木马提供了一种有效途径.

摘要： 随着电子和通信技术的发展,信息安全变得越来越重要,人们也越来越重视信息安全的研究.随机数发生器(R N G)已被定位为研究重点.作为安全系统的关键组成部分,人们在日常业务中都在使用随机数发生器,比如短信动态口令登录账号等,都会使用到随机数发生器,因此,随机数发生器的研究至关重要.针对当前基于环形振荡器TRNG所存在的不足,文章提出了一种真随机数发生器的熵源优化设计方案.

摘要： 为了在高速传输系统中实现宽频带和低抖动时钟输出的要求,设计了一种基于Ring-VCO结构的低抖动锁相环,采用与锁相环锁定频率强相关的环路带宽调整方法来降低环路噪声,加速环路锁定,即利用全局参考调节电路中比较器模块将锁定控制电压与参考电压比较来改变各模块电流,根据不同锁定频率调整环路参数,大大缩短了锁定时间,同时利用四级差分环形振荡器和占空比调整电路的差分对称结构,降低了电路噪声.电路采用40 nm CMOS工艺实现,测试结果表明输出频率为1.062 5 GHz～5 GHz,在最高时钟频率5 GHz下眼图质量良好,时钟抖动39.6 ps.

摘要： 本文提出了一种基于环形振荡器的智能温度传感网络,动态测量FPGA瞬态温度分布的方法,利用模糊聚类算法对温度传感器的分布进行智能优化并将这种方法应用于测量其他多种芯片的温度分布.该温度传感网络采用环形振荡器作为感测温度的方式,利用环形振荡器的输出频率与温度的线性关系实现芯片温度的实时测量.基于模糊聚类算法建立智能传感网络分辨率与传感器聚类水平之间的关系,实现传感网络布局的动态优化与重构.通过外部被测芯片与内嵌温度传感网络的FPGA系统的热接触获得该被测芯片的温度分布图.当测量温度在20°C-90°C范围内测量误差小于2.1°C,在保持测量分辨率为1°C的前提下模糊聚类算法可以节约37.5％的资源.

摘要： 基于0.8μm GaN HEMT E/D集成工艺设计并制备了17级GaN环形振荡器,采用两级缓冲输出,共采用38个晶体管.对GaN增强型和耗尽型器件进行详细的直流以及微波小信号测试,基于以上测试进行了设计.研制的17级环形振荡器采用反相器闭环结构,基波的振荡频率为197.5MHz,振荡周期为5.06ns,平均每级反相器延迟为148ps.

摘要： 简介高频差分环形振荡器设计的现状,并在分析环形振荡器噪声理论的基础上,以一个高频低相噪差分振荡器的结构设计为例分析叙述针对低相噪环形振荡器的设计思路,在电路设计中降低相位噪声采取的引入正反馈作用的传输管的差分延迟单元、提高沿转换速度等方法达到降低相噪的作用,并通过电路仿真分析等手段验证方法的实际效果,同时在版图设计阶段通过采取N阱隔离、解耦电容等措施实现电源和衬底噪声有效抑制和保证芯片实现与仿真结果接近.

摘要： 本文提出了一种新的数字加速度传感器,它采用做在硅梁上的MOS环形振荡器作为敏感元件,利用混频器作为片内信号处理单元,该传感器具有准数字输出、灵敏度高、温度系数低以及制作工艺简单等特点.本文分析了环形振荡器的频率特性,以及环形振荡器谐振频率和加速度的关系,分析并设计了加速度传感器的电路及物理结构,最后给出了试验结果.

摘要： 针对老化电路问题,本文提出了一种能够分离热载流子注入(HCI),偏置温度不稳定性(BTI)的老化监测电路.本文电路结构采用一对改进的环形振荡器(ROSC),其中一个环形振荡器在老化信号下工作,使得这个受压环振受BTI和HCI效应而老化,而另一个环振在受压期间源极电源断开,沟道电流为零,因而仅受BTI的影响.并且使用一个新型差频检测电路,它在小的测量范围内具有高分辨率.在65nmCMOS工艺下,模拟结果表明该老化监测电路能够正确反映器件的实际老化情况,并且实现了BTI和HCI效应的分离,差频电路实现了2倍的放大,提高了分辨率,测量误差在3.36％左右.工艺、电源电压和环境温度的波动对测量结果的影响分别小于10％,4％和3％.

摘要： 本文基于薄势垒层AlGaN/GaN异质结构设计,结合数字挖槽工艺的开发,实现了肖特基势垒AlGaN/GaN HEMT增强型(E模)器件和耗尽型(D模)器件的单片集成.数字挖槽工艺克服了传统刻蚀工艺可控性差、刻蚀损伤大的问题,有效提高了增强型器件的一致性和器件性能.基于0.1μm工艺实现的E模器件和D模器件,片内(约15cm2)阈值电压标准方差分别为0.17V和0.18V,典型器件最大跨导gm,max分别为674和506mS/mm,电流增益截止频率ft和最高振荡频率fmax分别为99/138GHz和100/130GHz.采用直接耦合晶体管逻辑(DCFL)设计并研制出501级GaN基E/D集成环形振荡器,集成度达1006个晶体管,在工作电压VDD=2V时,振荡频率f为137MHz,相应的级延时τpd为7.3ps/级,功耗-延时乘积为55fJ/级.

摘要： 物理不可克隆函数(Physical Unclonable Functions,PUF)是一种新型的硬件信息安全解决方案.它利用芯片制造加工过程中的随机差异生成唯一的响应,可以应用于设备认证,密钥生成等安全领域.基于环形振荡器(Ring Oscillator,RO)的PUF通过比较不同RO间的振荡频率来生成相应的输出.由于RO的频率与其在RO矩阵中的位置密切相关,因而容易受到入侵者的攻击.为了改善RO PUF在FPGA设备中的安全性,本文分析了RO频率在RO矩阵中的分布特征,发现并且总结了三种不同的RO频率分布规律,根据分布规律提出了三种新的RO比较策略.通过对比已有两种的比较策略,发现在响应的信息熵密度和资源消耗两方面,对称比较策略安全性最高,而随机比较策略的资源利用率最高.

摘要： 介绍一种用于生物医学领域短距离数据传输的低功耗CMOS集成发射电路。这种发射电路采用拓扑结构简单、功率耗散低的片上环形振荡器产生载波，并通过全差分放大器进行缓冲。由混频器实现基带信号对载波调制。另由带隙基准电流源为电路中其他模块提供偏置电流。后仿真结果表明，该发射电路可以提供频率为100MHz的正弦半波电流信号驱动片外天线工作，输出峰值电流范围-0.155mA～1.250mA，片上静态功耗O.374mW，满足无线脑机接口系统数据传输的要求。

摘要： 为了解决传感器的数字化,提出了一种新的环振式数字压力传感器,它采用做在硅梁上的MOS环形振荡器作为敏感元件,采用混频器作为片内的信号处理单元,实现环形振荡器的频率相减.该传感器的输出量为频率信号,具有准数字输出、灵敏度高、温度系数低以及制作工艺简单等特点.样品的灵敏度为1.52kHz/kPa.

摘要： 本文介绍了一种集成PMOS环振式压力传感器,并详细给出了这种压力传感器的结构,工作原理制造方法和初步的测试结果.

摘要： 具有环形振荡器的半导体器件和布置环形振荡器的方法。一种环形振荡器包括第一电流控制延迟电路至第四电流控制延迟电路，所述第一电流控制延迟电路至所述第四电流控制延迟电路被配置成使得能够根据灌电流的幅值来改变延迟时间，其中，所述第一电流控制延迟电路至所述第四电流控制延迟电路围绕正方形彼此对称地布置。

摘要： 本发明提供一种差分环形振荡器以及校准差分环形振荡器的方法，其中该差分环形振荡器包含有连接为环形的多个延迟级，该多个延迟级的至少其一包含：电流源，用来依据一粗调信号来产生一偏压电流；一锁存电路，用来依据来自前一延迟级的差分输入信号来产生差分输出信号至下一延迟级；一电容阵列，用来依据微调信号来提供一第一电容；以及一变容装置，用来依据一可控制调整信号来提供一第二电容，以使该差分环形振荡器的一振荡频率被锁定在一目标频率；该粗调信号用来调整该振荡频率以达到包含该目标频率的一预定频率范围，且该微调信号用来调整该振荡频率以接近该预定频率范围中的该目标频率。本发明实施例能够对受到制程变异影响的环形振荡器进行校准，以产生具有预定目标频率的振荡信号。

摘要： 本发明提供了用以稳定环形振荡器中的振荡的偏置电路、振荡器和用以稳定环形振荡器中的振荡的方法。所述环形振荡器包括多个差分延时单元，所述多个差分延时单元中的每个均包括一对输入晶体管、一对压控电阻器和公用电流源。所述偏置电路包括复制品臂和电阻器臂，所述复制品臂包括压控电阻器之一的复制品，并且所述电阻器臂包括固定电阻器。所述偏置电路向所述差分延时单元供给偏置电压，以通过使电压摆幅与延时单元的偏置电流的比率参照所述固定电阻器，从而使所述电压摆幅与偏置电流的比率保持恒定。

摘要： 本发明揭露一种电流控制振荡器及环形振荡器，该电流控制振荡器包括环形振荡器和振荡频率控制电路。环形振荡器具有一正常相位连接配置和一超前相位连接配置，并包括一输入端、至少四级延迟模块和一组振荡频率信号输出端。环形振荡器配置为超前相位连接配置时所输出的振荡频率信号的振荡频率大于环形振荡器配置为正常相位连接配置时所输出的振荡频率信号的振荡频率。振荡频率控制电路依据接收的偏置电流输入、数字控制信号和控制电压输入产生一驱动电流信号。振荡频率控制电路输出驱动电流信号至环形振荡器的输入端，以调节环形振荡器输出的振荡频率信号的振荡频率。

摘要： 在使用了偶数级反相器的环形振荡器中提供能够更可靠地启动的环形振荡器和环形振荡器的启动方法。包括：振荡电路，环状连接偶数个反相器，输出时钟信号；多个电位固定电路，连接到偶数个反相器之间，分别能通过第一控制信号来切换连接、解除；以及调整电路，基于第二控制信号来调整偶数个反相器的驱动能力，在振荡电路的启动时，利用第一控制信号进行控制，以使驱动能力成为第一能力使得连接电位固定电路，在从输出第一控制信号起经过预定时间之后，利用第二控制信号进行控制，以使驱动能力成为高于第一能力的第二能力使得解除电位固定电路。

摘要： 具有环形振荡器的半导体器件和布置环形振荡器的方法。一种环形振荡器包括第一电流控制延迟电路至第四电流控制延迟电路，所述第一电流控制延迟电路至所述第四电流控制延迟电路被配置成使得能够根据灌电流的幅值来改变延迟时间，其中，所述第一电流控制延迟电路至所述第四电流控制延迟电路围绕正方形彼此对称地布置。

摘要： 本发明提供一种差分环形振荡器以及校准差分环形振荡器的方法，其中该差分环形振荡器包含有连接为环形的多个延迟级，该多个延迟级的至少其一包含：电流源，用来依据一粗调信号来产生一偏压电流；一锁存电路，用来依据来自前一延迟级的差分输入信号来产生差分输出信号至下一延迟级；一电容阵列，用来依据微调信号来提供一第一电容；以及一变容装置，用来依据一可控制调整信号来提供一第二电容，以使该差分环形振荡器的一振荡频率被锁定在一目标频率；该粗调信号用来调整该振荡频率以达到包含该目标频率的一预定频率范围，且该微调信号用来调整该振荡频率以接近该预定频率范围中的该目标频率。本发明实施例能够对受到制程变异影响的环形振荡器进行校准，以产生具有预定目标频率的振荡信号。

摘要： 本发明提供了用以稳定环形振荡器中的振荡的偏置电路、振荡器和用以稳定环形振荡器中的振荡的方法。所述环形振荡器包括多个差分延时单元，所述多个差分延时单元中的每个均包括一对输入晶体管、一对压控电阻器和公用电流源。所述偏置电路包括复制品臂和电阻器臂，所述复制品臂包括压控电阻器之一的复制品，并且所述电阻器臂包括固定电阻器。所述偏置电路向所述差分延时单元供给偏置电压，以通过使电压摆幅与延时单元的偏置电流的比率参照所述固定电阻器，从而使所述电压摆幅与偏置电流的比率保持恒定。

摘要： 本发明揭露一种电流控制振荡器及环形振荡器，该电流控制振荡器包括环形振荡器和振荡频率控制电路。环形振荡器具有一正常相位连接配置和一超前相位连接配置，并包括一输入端、至少四级延迟模块和一组振荡频率信号输出端。环形振荡器配置为超前相位连接配置时所输出的振荡频率信号的振荡频率大于环形振荡器配置为正常相位连接配置时所输出的振荡频率信号的振荡频率。振荡频率控制电路依据接收的偏置电流输入、数字控制信号和控制电压输入产生一驱动电流信号。振荡频率控制电路输出驱动电流信号至环形振荡器的输入端，以调节环形振荡器输出的振荡频率信号的振荡频率。

摘要： 本实用新型提出一种基于环形振荡器的多频带压控振荡器、锁相环，其中基于环形振荡器的多频带压控振荡器包括电压电流转换电路、环形振荡器和调频模块；所述环形振荡器分别与电压电流转换电路和调频模块相连；所述调频模块为可控电容模块和/或可控电流源模块。本实用新型通过对调频模块的设计，能够调整接入环形振荡器的电容，和/或调整注入环形振荡器的电流，再结合电压电流转换电路输出的电流共同控制环形振荡器输出的振荡频率从而在同样的压控电压范围内，基于调频模块将整个频带分段，在要求宽频带的前提下，令各段频带对应的增益降低，以减少输出频率的抖动。