CN111510135A

CN111510135A - 一种基于柔性材料的环形振荡器

Info

Publication number: CN111510135A
Application number: CN202010281229.2A
Authority: CN
Inventors: 马顺利; 王言; 吴天祥; 任俊彦
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2020-04-11
Filing date: 2020-04-11
Publication date: 2020-08-07

Abstract

本发明属于集成电路技术领域，具体为一种基于柔性材料的环形振荡器。本发明环形振荡器包括（2n+1）个反相器，其中每个反相器包括两个N型MOS管；（2n+1）个反相器构成一个环路，如果第一级输入为高电平，经过这个环路，在一定延迟时间后，得到低电平，这个低电平又反馈给第一级作为输入，在环路各节点，电平高低变换，产生固定周期的振荡。在每个反相器中，所述N型MOS管的导电沟道为柔性二维材料。本发明解决了现有技术中环形振荡器存在的不具备可弯曲特性的技术问题，可应用于柔性集成电路中。

Description

一种基于柔性材料的环形振荡器

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种环形振荡器。

背景技术

振荡器（ Oscillator ）是一种能量转换装置。它的能量来源一般是直流形式（振荡器电路的直流供电电源）。经过振荡器转换后，此直流能量转换为一定频率、一定幅度和一定波形的交流能量输出。这种电能的“转换”过程被称作“振荡”。振荡器的作用是产生特定的输出信号，因此也常常被称为信号发生器。环形振荡器由三个非门或更多奇数个非门输出端和输入端首尾相接，构成环状。以三个非门为例，即非门A 输出端连接到非门B 输入端，非门B 输出端连接到非门C 输入端，非门C 输出端到连接非门A 输入端，在其中任何一个连接的位置都可以引出输出信号。振荡器是一种能自动的将直流能量转换成有一定波形的振荡器信号能量的转换电路。它与放大器的区别在于无需外加激励信号就能产生具有一定频率，一定波形和一定振幅的交流信号。振荡器输出的信号频率、波形、幅度完全由电路自身的参数决定。振荡器在现代科学技术领域中有着广泛的应用。例如，在无线电通信、广播、电视设备中用来产生所需的载波信号和本地振荡信号；在电子测量和自动控制系统中用来产生各种频段的正弦波信号等。

柔性电路是一种将电子元件安装在柔性基底的特殊电路,它具有质量轻、厚度薄和可弯曲等特点,未来将适用于各个领域。例如可折叠电子纸、可弯曲电话、和穿戴传感器等。

当前，环形振荡器往往含有若干个MOS管，而基于硅的MOS管，具有不可弯曲的特性。所以含有常规反相器的集成电路均具有不可弯曲的特性。也就是说，现有技术中的环形振荡器，存在不具备可弯曲特性的技术问题。随着柔性电路领域的不断发展，这将限制环形振荡器的应用场景。

发明内容

本发明的目在提供一种可应用于柔性电路领域的环形振荡器。

本发明提供的环形振荡器，其电路结构包括：奇数个非门电路，即奇数个反相器，如图1所示，反相器上的编号为反相器级数，V_out为输出端，VDD为电源，GND为地。

本发明提供的环形振荡器，所述环形振荡器为柔性二维材料结构。

所述环形振荡器包括：（2n+1）个反相器，n为大于1的整数；所述（2n+1）个反相器中的每个反相器包括两个N型MOS管，其中一个为负载管，另一个为驱动管；所述（2n+1）个反相器的接地接口GND均连接，所述（2n+1）个反相器的电源接口VDD均连接。

其中，所述（2n+1）个反相器的负载管的偏置电压输入接口VC均连接，以能通过调节所述负载管的偏置电压输入VC来连续调节所述环形振荡器的频率。

优选地，所述（2n+1）个反相器串联构成一个环路。如果第一级输入为高电平，经过这个环路，在一定延迟时间后，得到低电平，这个低电平又反馈给第一级作为输入，在环路各节点，电平高低变换，产生固定周期的振荡。其基本振荡周期为2×t×（2n+1），其中t为单个反相器延迟。

优选地，在所述（2n+1）个反相器的每个反相器中，所述驱动管的源极与所述接地接口GND连接。

优选地，在所述（2n+1）个反相器的每个反相器中，所述负载管的漏极与所述电源接口VDD连接，所述驱动管的栅极作为所述反相器的输入端。

优选地，在所述（2n+1）个反相器的每个反相器中，所述N型MOS管的导电沟道为柔性二维材料。

本发明解决了传统环形振荡器不可弯曲的技术问题，从而开发了其应用于柔性电路的前景，例如可应用于柔性集成电路中。

附图说明

图1为基于柔性材料的环形振荡器结构示意图。

图2为100模块中反相器电路示意图。

图3为基于柔性材料的环形振荡器电路示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外在可能未出某些公知的部分。

在下文中描述了本发明的许多特定细节，例如器件结构、材料尺寸处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特性细节来实现本发明。

图1示出本发明的环形振荡器结构示意图。

如图1所示，基于柔性材料的环形振荡器100包括（2n+1）个反相器，所述（2n+1）个反相器中的每个反相器；所述（2n+1）个反相器各有一个输入端和一个输出端，采用串联方式连接，并且首尾相连。由第（2n+1）个反相器导出输出端，作为环形振荡器的输出接口Vout。另外，反相器还有一个控制端，所有控制端接口共同连接VC。

图2示出本发明中反相器电路示意图。

如图2所示，反相器电路200包括两个N型MOS管，其中一个为负载管，另一个为驱动管；所述负载管的漏极接电源接口VDD，栅极接电压VC；所述驱动管的源极接地GND，栅极接输入电压Vin；所述负载管的源极和所述驱动管的漏极相连接，作为反相器的输出接口VO。

所述N型MOS管的导电沟道为柔性二维材料。

图3示出基于柔性材料的环形振荡器电路示意图。

如图3所示，基于柔性材料的环形振荡器电路300包括：（2n+1）个反相器，2n个电容，2n个电阻。所述（2n+1）个反相器中的每个反相器包括两个N型MOS管，其中一个为负载管MNM_4m，另一个为驱动管MNM_4m+1，其中n为正整数，编号m为不大于n的非负整数；所述（2n+1）个反相器的负载管MNM_4m漏极均连接gnda，所述（2n+1）个反相器的驱动管MNM_4m+1源极均连接vdda，所述（2n+1）个反相器的负载管MNM4m栅极均连接VC。

所示（2n+1）个反相器中，每个反相器的负载管MNM_4m的源极和驱动管MNM_4m+1的漏极互相连接，作为单个反相器的输出信号V_m，定义V_2n+1为环形振荡器的输出信号V_out。所示（2n+1）个反相器中，每个反相器的驱动管MNM_4m+1的栅极作为输入信号接口。所述（2n+1）个反相器以首尾相连的方式串联，即上一个反相器的输出信号接口V_m与下一个反相器的输入信号接口相连接，并且在两个接口之间串联一个电容C_m。所述电容C_m的第一端与V_m相连，第二端与的下一个反相器输入接口，即驱动管MNM_4m+1的栅极相连。所述电容C_m的第二端与下一个反相器的驱输入接口电阻R_m的第一端。所述2n个电阻的第二端共同连接到电压接口VB。

在不脱离本发明的精神和范围内，任何本领域普通技术人员皆可根据本发明所揭示的内容做出许多变形和修改，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于柔性材料的环形振荡器，其特征在于，为柔性二维材料制作，电路结构包括：（2n+1）个反相器，其中每个反相器包括两个N型MOS管，其中一个为负载管，另一个为驱动管；各个反相器的接地接口GND均连接，各个反相器的电源接口VDD均连接，n为大于1的整数；各个反相器的负载管的偏置电压输入接口VC均连接，以能通过调节所述负载管的偏置电压输入VC来连续调节所述环形振荡器的频率。

2.根据权利要求1所述的基于柔性材料的环形振荡器，其特征在于，所述（2n+1）个反相器串联构成一个环路；如果第一级输入为高电平，经过这个环路，在一定延迟时间后，得到低电平，这个低电平又反馈给第一级作为输入，在环路各节点，电平高低变换，产生固定周期的振荡；其基本振荡周期为2×t×（2n+1），其中t为单个反相器延迟。

3.根据权利要求2所述的基于柔性材料的环形振荡器，其特征在于，每个反相器中，所述驱动管的源极与所述接地接口GND连接。

4.根据权利要求3所述的基于柔性材料的环形振荡器，其特征在于，每个反相器中，所述驱动管的栅极作为所述反相器的输入端，所述负载的源极和所述驱动管的漏极连接，作为所述反相器的输出端。

5.根据权利要求4所述的基于柔性材料的环形振荡器，其特征在于，每个反相器中，所述N型MOS管的导电沟道为柔性二维材料。