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MOSFET的魔力：环形振荡器如何巧妙利用延迟来生成信号？
在电子技术的领域中，环形振荡器被誉为一种巧妙且有效的信号生成器。这种设备由奇数个NOT闸（或称为反相器）组成，这些闸以环状结构排列，从而实现了输出信号在两个电压层级之间的来回波动，代表着布尔逻辑中的真和假的状态。由于每个反相器都计算其输入的逻辑NOT，因此在一串奇数反相器的最终输出可以被理解为第一个输入的逻辑反结果。
环形振荡器的奥秘在于其延迟时间的运用，这使得信号可以循环不断生成。
当第一个输入被确定后，最后的输出在经过一段有限的时间后得到确认，接着，最后的输出会反馈到第一个反相器形成一个回路，最终导致振荡的发生。需要注意的是，若反相器的总数为偶数，则无法形成环形振荡器，因为最后的输出与最初的输入将会保持一致。
环形振荡器的结构和运作方式不仅在数字电路中十分重要，也在静态随机存取记忆体（SRAM）的基本构建块中发挥著作用。不同的环形振荡器可以根据需要使用反相和非反相的组合，前提是反相器的数量必须为奇数，否则系统将无法正常作动。
在设计上，环形振荡器仅需电源供应即可运作，而在某些特定的电压下，振荡可以在未达到MOSFET阀值电压的情况下自发感应开始。此时，环形振荡器的振荡频率可透过两种方法进行提高：首先，减少反相器的数量可导致更高的振荡频率，且功耗保持不变；其次，增加电源电压可减少穿越每个反相器的延迟，进而提高振荡频率并增加输入的电流消耗。
环形振荡器的振荡周期传达生生不息的信号，随着反相器推进，时间成为信号生成的重要元素。
对于环形振荡器的运作原理，理解闸延迟的概念是至关重要的。在物理设备中，任何闸的切换都不是瞬时的。以MOSFET制作的装置为例，闸极的电容必须充电，才能使电流在源与排之间流动。因此，每个反相器的输出在其输入改变后都需要一段时间才能发生改变。这种情况意味着，若链中的反相器数量增加，则总的闸延迟也随之增加，从而降低振荡频率。
这种环形振荡器的原理来自于时间延迟振荡器。该振荡器包含一个反相放大器和一个延迟元件，这两者之间形成一个闭环。当放大器的输入和输出电压短暂稳定时，任何的微小噪声就可能导致输出电压的轻微上升。经过延迟元件后，这个微小的电压变化再次传递回放大器输入，因此会进一步放大和反转。
通过这种序列循环，最终会产生一种方波信号，这也是环形振荡器的神奇之处。
环形振荡器的振荡波形最终将围绕着放大器的输出稳定，随着时间的推移其波形将越发方正。然而，具体的电波形状会根据放大器的极限而有所改变。
一旦我们进一步分析环形振荡器的运作，可以将其视为一种分散式的时间延迟振荡器。其每个反相器在环状结构中共同提供了信号延迟的效果，每增加一对反相器，整体的延迟便会相应增加，并导致振荡频率下降。供电电压的变化则将影响单个反相器的延迟，随着电压的上升，延迟通常会减少，振荡频率随之增加。
在环形振荡器的实际应用中，由于其发生的抖动现象，常被利用于硬体随机数生成器中。环形振荡器也会被用来演示新的硬体技术，与「Hello World」程式对于软体技术的示范相当相似。在晶圆的测试中，环形振荡器作为llds测试结构的一部分，帮助人们测量制造过程变化对性能的影响。
透过对电子世界中这个小小结构的理解，我们能够更深入地探讨现代电路设计的奥秘，以及这些技术如何影响我们日常生活中使用的设备，那么，未来的电子技术又将如何进一步演变呢？
