一种基于亚稳态的真随机数发生器

设计实现了一种64位输出的真随机数发生器。在传统Fibonacci环形振荡器和Galois环形振荡器的基础上,通过控制电路使环形振荡器的输出在亚稳态与稳态之间不断切换,为生成的随机序列引入真随机性。通过加入后处理模块,提高随机序列的质量和增加每比特的熵,并利用DES算法实现随机序列的重新组合。利用FPGA进行实验验证后,最终集成在一个加密USB盘控制器芯片内,产生的随机序列通过了NIST SP800-22标准检测。采用110 nm CMOS工艺,该芯片实现了批量生产。     

基于压控振荡器的真随机数发生器设计

通过对频率抖动机理的研究,提出一种基于压控振荡器（Voltage-Controlled Oscillator,VCO）的真随机数发生器（True Random Number Generator,TRNG）设计方案.该方案将电阻热噪声放大后作为VCO的控制信号使其振荡频率在中心频率附近随机抖动.VCO所产生的慢振荡信号对周期固定的快振荡信号采样生成原始随机序列,然后利用后处理电路提高序列均匀性并消除自相关性.通过热噪声发生器调节VCO的中心频率可实现序列比特率和随机性之间的权衡.所提电路采用SMIC 55nm CMOS工艺设计,芯片面积0.0124mm²,比特率10Mbps,平均功率0.81mW.输出的随机序列通过NIST SP 800-22测试.     

一种基于FPGA的真随机数发生器设计与实现

设计并实现了一种基于FPGA的真随机数发生器,利用一对振荡环路之间的相位漂移和抖动以及亚稳态作为随机源,使用线性反馈移位寄存器的输出与原始序列运算作为后续处理。在Xilinx Virtex-5平台的测试实验中,探讨了振荡器数量以及采样频率等参数对随机序列的统计特性的影响。测试结果表明本设计产生的随机序列能够通过DIEHARD测试,性能满足要求。由于仅使用了普通逻辑单元,使得本设计能够迅速移植到ASIC设计,大大缩短了开发周期。     

一种伪差分两级环形振荡器的设计

设计了一种伪差分两级环形振荡器,可为锁相环提供8 GHz四相位正交时钟。通过分析耦合两级环形振荡线性模型,对四级环形振荡结构进行优化,提出了伪差分两级环形振荡结构。基于单级缓冲器的开环分析,可对振荡器的输出频率进行精准估算,并判断振荡情况。采用65 nm CMOS工艺进行设计与仿真。结果表明,在1.2 V电压下,振荡器的功耗为6.9 mW,1 MHz频率处的相位噪声为－82.104 5 dB,满足高速SerDes接口的设计要求。     

新型振荡采样随机源电路与快速仿真

基于对振荡电路的研究,设计实现了一种振荡采样随机源电路。该电路结构中采用了由组合逻辑电路与复杂反馈回路相结合实现的新型快速振荡器,相较于传统的环形振荡器在保留容易实现、受环境影响小等特点的同时,还有提高随机位产生速率、增强随机性等优势。为实现电路的快速仿真,利用MATLAB/Simulink建立了该随机源的模型,并且为提高仿真准确性,建模过程中考虑了CMOS中的主要噪声,引入噪声模型。最后对系统进行仿真测试,结果表明该模型的输出序列具有较好的随机性。     

空间激光通信中高速伪随机序列及多路器

在开展综合信息系统演示试验前,为了实现激光通信系统的单独测试,需对模拟的各种载荷选择性输出及对误码率进行测试。研制了一种基于FPGA的嵌入式智能多路器及高速伪随机序列生成器,设计高速并串转换电路及时钟电路实现高速伪随机序列的传输,速度可达3 Gbps,用于误码率测试。其中高速的伪随机序列速率智能可调,速率范围为750 M到3 G。设计兼容多种电平的差分多路器,数据传输的类型通过多路器选择性输出,输出的电平为固定的LVPECL。如:视音频的串行数据流,伪随机序列,模拟数据源。     

1种用于TPMS的新型环振式数字压力传感器

研制了一种新型环振式数字压力传感器,它可应用于汽车轮胎压力监测报警系统(TPMS).采用硅薄膜上的PMOS环形振荡器作为压力敏感元件,两个反方向变化的环振输出信号通过集成在片内的混频器实现频率相减.该传感器具有准数字输出、温度系数低、灵敏度高以及制作工艺简单等特点.分析并设计了压力传感器的环形振荡器电路、混频器电路、物理结构.分析了环形振荡器的频率特性、环形振荡器的谐振频率与压力的关系,以及制作工艺,并制作了样品,其灵敏度为5.12 kHz/Bar.     

MOS环振式数字加速度传感器

提出了一种新的环振式数字加速度传感器,它采用做在硅梁上的MOS环形振荡器作为敏感元件,两个反方向变化的环振输出信号通过集成在片内的混频器实现频率相减.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.分析了环形振荡器的频率特性,以及环形振荡器的谐振频率和加速度的关系,分析并设计了加速度传感器的环形振荡器电路、混频器电路、物理结构以及制作工艺,并制作了样品,其灵敏度为6 .91k Hz/g.     

一种低功耗环形振荡器的噪声分析与设计

介绍了一种采用CSMC 0.153 μm CMOS工艺制作的差分环形振荡器。分析了环形振荡器延时单元的选取和设计原理,以及输入差分对管跨导和负载电阻对环振相位噪声的贡献,得到负载为线性区偏置MOS管时低功耗低相位噪声环振的设计方法。在相位噪声变化较小时,采用电容阵列结构拓宽了环形振荡器频率的调谐范围。测试结果表明,该环形振荡器输出频率范围为513 MHz ~1.8 GHz;在振荡频率为1.57 GHz频偏1 MHz处,相位噪声为-84.11 dBc/Hz,功耗为3.88 mW。     

MOS环振式数字加速度传感器

提出了一种新的环振式数字加速度传感器,它采用做在硅梁上的MOS环形振荡器作为敏感元件,两个反方向变化的环振输出信号通过集成在片内的混频器实现频率相减.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.分析了环形振荡器的频率特性,以及环形振荡器的谐振频率和加速度的关系,分析并设计了加速度传感器的环形振荡器电路、混频器电路、物理结构以及制作工艺,并制作了样品,其灵敏度为6.91kHz/g.     

一种低压低功耗伪差分环形压控振荡器的设计

基于TSMC 28 nm CMOS工艺设计了一个伪差分结构的低压低功耗CMOS环形振荡器。电路包括偏置电路、环形振荡器和输出缓冲器。伪差分环形振荡器有五级延迟单元,延迟单元采用Maneatis对称负载。在Cadence Spectre上进行前仿真。结果表明,VCO工作在0.9 V电源电压下时,其频率调谐范围为0.65 GHz~4.12 GHz。在3.6 GHz以下频率范围内具有很好的调谐线性度。中心频率约为2.3 GHz时,其相位噪声为-79.06 dBc/Hz@1 MHz。输出缓冲电路能够实现轨对轨的输出摆幅,输出占空比可优化至50%。环形振荡器的功耗约为5.7 mW。     

两种高频CMOS压控振荡器的设计与研究

设计了两种压控振荡器,一种为反相器环形振荡器,另一种为差分环形振荡器。采用0.18μm标准CMOS工艺进行模拟,后仿真的结果显示压控环形结构的最高频率达到3.3GHz,在1.8V电源下的功耗为2.34mW。对压控振荡器的最大工作频率、功耗、压频传输特性等进行了分析比较,总结了高性能压控振荡器应具备的条件。     

一种基于开关电容的高精度低温度系数振荡器

在分析传统环形振荡器的基础上,提出了一种基于开关电容的高精度低温度系数环形振荡器。采用了带开关电容电路的频率负反馈架构,使得输出频率的精度与其温度系数仅取决于外部设定电阻与片上电容,通过合理选择外部设定电阻,即可实现高精度、低温漂的时钟输出。设计的高精度低温度系数的环形振荡器采用0.6 μm标准CMOS工艺设计。仿真结果显示,当输出频率为5 MHz时,输出频率误差≤1.74%,频率温度系数≤8.11×10-5/℃。     

一种高频二级交叉耦合压控振荡器

采用等效为电感特性的负载和交叉耦合结构两种电路技术设计了一种高工作频率、低相位噪声的二级环形振荡器(two-stage VCO).因为是偶数级的环路级数,振荡器可输出两路相差90度的正交输出时钟.采用TSMC0.25μm CMOS工艺参数,用Cadence的spectre软件进行仿真,在2.5V电压下,工作频率为5GHz时,偏离主频1MHz处相位噪声为-87dBc/Hz.功耗:16.7mW.     

RTD-HBT高速低功耗环形振荡器的分析

RTD与HBT是高频高速器件,共振隧穿二极管-异质结晶体管(RTD-HBT)环形振荡器有很好的应用前景.详细介绍了RTD-HBT高速低功耗环形振荡器的工作原理,建立了RTD,HBT及RTD-HBT环形振荡器的等效电路模型,并对RTD-HBT环形振荡器用Pspice模拟软件进行了电路模拟.模拟结果与预期结果一致,有助于指导该电路的设计.     

适用于数字电源的新型温度自校准片上振荡器的设计

设计了一种应用于数字电源的新型温度自校准高精度片上振荡器。该振荡器利用片内集成的环形振荡器作为"温度传感器",环形振荡器的偏置电流设计成与热力学温度成正比,输出时钟信号频率对温度变化高度敏感,以此作为温度校准的参考信号,经过数字自校准算法产生控制RC振荡器充电电流大小的信号,校准RC振荡器输出时钟频率,从而完成片上实时温度自校准的功能。采用双比较器加SR触发器对称结构,降低比较器延迟误差。电路基于0.18μm BCD工艺模型,采用Cadence和Hspice进行仿真。仿真结果表明,在–55~+155℃温度范围内,振荡器输出中心频率为10.1 MHz,振荡器的频率随温度变化的偏移量在±0.6%以内。     

一种基于电流舵逻辑的环形振荡器

文章分析了电流舵逻辑门的动/静态特性.为了比较电流舵环形振荡器和普通数字反相器环形振荡器,采用1.2 μm标准CMOS工艺,设计并制作了两种环形振荡器.仿真和试验结果表明,电流舵环形振荡器具有低噪声和频率不随电压变化的特点,但其功耗比较大,适合于噪声要求高而功耗要求不高的电路.     

以混频器作为信号处理单􀀂 元的环振式压力传感器

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，两个反方向变化的环形振荡器的输出信号通过集成在片内的混频器实现频率相减，分析了环形振荡器的频率特性，以及环形振荡器的谐振频率和压力的关系，分析并设计了压力传感器的环形振荡器电路、混频器电路、物理结构以及制作工艺，并制作了样品，其灵敏度为1．52kHz／kPa。     

基于单片机控制的微波压控振荡器设计

微波压控振荡器是一种常见的微波频率源,广泛应用于通信、测量等领域.由于压控振荡器自身的特性限制,很难得到线性可预知的频率输出.设计了一种基于单片机控制的微波压控振荡器,该系统实现频率的数字可控线性输出.系统同时考虑了环境温度对系统的影响,由单片机处理分析温度传感器获取的温度值,将其结果和用户输入电压叠加,经数/模转换、运算放大后控制微波压控振荡器的偏置电压,控制输出频率.经实际测试,系统达到了微波数控压控振荡器的技术要求.     

基于振荡器的高性能真随机数发生器

设计了一种应用于信息安全SoC平台的基于振荡器的高性能真随机数发生器,其利用放大的电阻热噪声来增大慢振荡器的抖动,使得前后两次采样相互独立,提高了序列的随机性能。采用T触发器采样消除快振荡器占空比偏差的影响。真随机数发生器采用TSMC 0.25μm CMOS工艺,输出速率达4Mbps,通过NIST FIPS140-1和SP800-22中的各项测试。芯片面积为0.09mm2,工作电压为2.5V,功耗为4.15mW。