一種互補式金屬氧化層半導體噪聲發生器的製作方法
2023-11-01 22:58:52
專利名稱：一種互補式金屬氧化層半導體噪聲發生器的製作方法
技術領域：
本發明涉及噪聲發生器技術領域，尤其涉及一種低功耗互補式金屬氧化層半導體(CMOS)噪聲發生器。
背景技術：
噪聲發生器是隨機數發生器中最重要的組成部件。而低功耗的CMOS 工藝上的噪聲發生器更是設計低功耗CMOS真隨機數發生器所必須的部分，尤其是應用在射頻識別標籤裡的真隨機數發生器裡，是一項關鍵的技術。
射頻識別標籤對功耗的要求很苛刻，特別是無源射頻識別標籤。使用 普通的CMOS管作噪聲源所組成的噪聲發生器功耗都較大。因為普通CMOS管的噪聲不夠大，需要複雜的電路才能有效的把噪聲放大到可用的範圍，所以消耗更多的能量。
對於無源射頻識別標籤來說，各單元的功耗一般要低於lμW，才能不明顯的縮短標籤的工作距離。
發明內容
(一) 要解決的技術問題
有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種CMOS噪聲發生器，以實 現低功耗噪聲發生器。
(二) 技術方案
為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的
一種互補式金屬氧化層半導體CMOS噪聲發生器，該噪聲發生器包
括
偏置電路，用於為雙漏極互補式金屬氧化層半導體電晶體電流鏡和差
分放大器提供直流工作點；
雙漏極互補式金屬氧化層半導體電晶體電流鏡，用於微小的噪聲電流 發生和將微小的噪聲電流信號轉換放大成較大的差分電壓信號輸出給差
分放大器；
差分放大器，用於將雙漏極互補式金屬氧化層半導體電晶體電流鏡輸 入的差分雙端信號轉換為單端信號，並將該單端信號放大輸出。
所述雙漏極互補式金屬氧化層半導體電晶體電流鏡由兩個P型雙漏極 互補式金屬氧化層半導體電晶體和兩個N型的雙漏極互補式金屬氧化層 半導體電晶體連接構成。
所述兩個P型雙漏極互補式金屬氧化層半導體電晶體的柵極相互連 接，並分別連接於每一個P互補式金屬氧化層半導體電晶體的一個漏極， 且形成差分放大器的正輸入端，兩個P型雙漏極互補式金屬氧化層半導體電晶體的另外兩個漏極相互連接形成差分放大器的負輸入端；
所述兩個N型雙漏極互補式金屬氧化層半導體電晶體的柵極相互連 接，並分別連接於所述偏置電路，且兩個N型雙漏極互補式金屬氧化層半導體電晶體的漏極分別與兩個p型雙漏極互補式金屬氧化層半導體電晶體 的漏極連接，形成差分放大器的正負輸入端。
所述雙漏極互補式金屬氧化層半導體電晶體電流鏡為噪聲源。
所述差分放大器為一個一級CMOS差分放大器。
(三)有益效果
從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果
1、 本發明提供的這種CMOS噪聲發生器，採用廣泛使用的CMOS工 藝製作，大大降低了噪聲發生器的功耗，很好地解決了即使是幾^W的功 耗都會縮短無源標籤工作距離的問題。
2、 本發明提供的這種CMOS噪聲發生器，由於雙漏極互補式金屬氧 化層半導體(Split-drain CMOS)電晶體電流鏡的兩個P型Split-drain CMOS 電晶體的柵極相互連接，並分別連接於自身的漏極，且兩個P型Split-drain CMOS電晶體的漏極共同連接於差分放大器的正輸入端，兩個P型雙漏極 互補式金屬氧化層半導體電晶體的另外兩個漏極相互連接形成差分放大 器的負輸入端；兩個N型Split-drain CMOS電晶體的柵極相互連接，並分 別連接於所述偏置電路，且兩個N型雙漏極互補式金屬氧化層半導體晶體 管的漏極分別與兩個P型雙漏極互補式金屬氧化層半導體電晶體的漏極連 接，形成差分放大器的正負輸入端。所以，利用本發明能夠有效消除磁調
3、 本發明提供的這種CMOS噪聲發生器，由於Split-drain CMOS晶 體管電流鏡的兩個N型Split-dmin CMOS管的柵極分別連接於所述偏置電 路，柵極電壓由偏置電路提供，所以，能夠有效控制Split-drain CMOS晶 體管電流鏡的電流大小。
4、 本發明提供的這種CMOS噪聲發生器特別適合應用於射頻識別 (RFID)標籤晶片裡的真隨機數發生器中。
圖1為本發明提供的低功耗CMOS噪聲發生器的方框圖2為本發明提供的Spit-drain CMOS電晶體電流鏡的示意圖3為依照本發明實施例提供的低功耗CMOS噪聲發生器的電路具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實 施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
如圖1所示，圖1為本發明提供的低功耗CMOS噪聲發生器的方框 圖，該噪聲發生器包括偏置電路IO、 Split-drain CMOS電晶體電流鏡11 和差分放大器12。
其中，偏置電路IO用於為Split-drain CMOS電晶體電流鏡和差分放 大器提供直流工作點。Split-drain CMOS電晶體電流鏡11用於將微小的噪 聲電流信號轉換放大成較大的差分電壓信號輸出給差分放大器。差分放大器12用於將Split-drain CMOS電晶體電流鏡輸入的差分雙端信號轉換為 單端信號，並將該單端信號放大輸出。
基於圖1所述的低功耗CMOS噪聲發生器的方框圖，圖2示出了本 發明提供的Spit-drain CMOS電晶體電流鏡的示意圖。該Split-drain CMOS 電晶體電流鏡作為噪聲源，由兩個P型Split-drain CMOS電晶體和兩個N 型的Split-drain CMOS電晶體連接構成。兩個P型Split-drain CMOS晶體 管的柵極相互連接，並分別連接於自身的漏極，且兩個P型Split-drain CMOS電晶體的漏極共同連接於差分放大器的正輸入端，兩個P型雙漏極 互補式金屬氧化層半導體電晶體的另外兩個漏極相互連接形成差分放大 器的負輸入端。兩個N型Split-drain CMOS電晶體的柵極相互連接，並分 別連接於所述偏置電路，且兩個N型雙漏極互補式金屬氧化層半導體晶體 管的漏極分別與兩個P型雙漏極互補式金屬氧化層半導體電晶體的漏極連 接，形成差分放大器的正負輸入端。
基於圖1所述的低功耗CMOS噪聲發生器的方框圖和，圖2所述的 Spit-drain CMOS電晶體電流鏡的示意圖，圖3示出了依照本發明實施例 提供的低功耗CMOS噪聲發生器的電路圖。其中，Split-drain CMOS晶體 管電流鏡是噪聲源，Split-drain CMOS電晶體電流鏡是由兩個N型和兩個 P型的Split-drain CMOS電晶體連接構成。差分放大器為一個一級的CMOS 差分放大器。
我們將本發明提供的這種低功耗、高靈敏度CMOS噪聲發生器應用到 一個真隨機數發生器中，對真隨機數發生器進行了電路設計以及版圖設 計，測試的結果為真隨機數發生器所產生的隨機數序列能通過美國國家標準與技術研究所(the National Institute of Standards and Technology ， NIST) 對隨機數序列的要求，最低功耗為0.65pW，證明本發明是切實可行的， 特別適合應用於射頻識別(RFID)標籤晶片裡的真隨機數發生器中。
以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行 了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而 已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1、一種互補式金屬氧化層半導體CMOS噪聲發生器，其特徵在於，該噪聲發生器包括偏置電路，用於為雙漏極互補式金屬氧化層半導體電晶體電流鏡和差分放大器提供直流工作點；雙漏極互補式金屬氧化層半導體電晶體電流鏡，用於微小的噪聲電流發生和將微小的噪聲電流信號轉換放大成較大的差分電壓信號輸出給差分放大器；差分放大器，用於將雙漏極互補式金屬氧化層半導體電晶體電流鏡輸入的差分雙端信號轉換為單端信號，並將該單端信號放大輸出。
2、 根據權利要求l所述的CMOS噪聲發生器，其特徵在於，所述雙 漏極互補式金屬氧化層半導體電晶體電流鏡由兩個P型雙漏極互補式金屬 氧化層半導體電晶體和兩個N型的雙漏極互補式金屬氧化層半導體晶體 管連接構成。
3、 根據權利要求2所述的CMOS噪聲發生器，其特徵在於， 所述兩個P型雙漏極互補式金屬氧化層半導體電晶體的柵極相互連接，並分別連接於每一個P互補式金屬氧化層半導體電晶體的一個漏極， 且形成差分放大器的正輸入端，兩個P型雙漏極互補式金屬氧化層半導體 電晶體的另外兩個漏極相互連接形成差分放大器的負輸入端；所述兩個N型雙漏極互補式金屬氧化層半導體電晶體的柵極相互連 接，並分別連接於所述偏置電路，且兩個N型雙漏極互補式金屬氧化層半 導體電晶體的漏極分別與兩個P型雙漏極互補式金屬氧化層半導體電晶體的漏極連接，形成差分放大器的正負輸入端。
4、 根據權利要求1或2所述的CMOS噪聲發生器，其特徵在於，所述雙漏極互補式金屬氧化層半導體電晶體電流鏡為噪聲源。
5、 根據權利要求1所述的CMOS噪聲發生器，其特徵在於，所述差分放大器為一個一級CMOS差分放大器。
全文摘要
本發明涉及噪聲發生器技術領域，公開了一種互補式金屬氧化層半導體噪聲發生器，包括偏置電路，用於為雙漏極互補式金屬氧化層半導體電晶體電流鏡和差分放大器提供直流工作點；雙漏極互補式金屬氧化層半導體電晶體電流鏡，用於將微小的噪聲電流信號轉換放大成較大的差分電壓信號輸出給差分放大器；差分放大器，用於將雙漏極互補式金屬氧化層半導體電晶體電流鏡輸入的差分雙端信號轉換為單端信號，並將該單端信號放大輸出。利用本發明，採用廣泛使用的CMOS工藝製作，大大降低了噪聲發生器的功耗，很好地解決了即使是幾μW的功耗都會縮短無源標籤工作距離的問題。
文檔編號H03B29/00GK101202532SQ20061016511
公開日2008年6月18日 申請日期2006年12月13日 優先權日2006年12月13日
發明者吳南健, 周盛華 申請人:中國科學院半導體研究所