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不为人知的技术：环形振荡器如何成为随机数生成的秘密武器？
随着科技的快速发展，随机数生成器在计算机科学和信息安全中扮演了至关重要的角色。在这个领域，一种常被忽视的技术——环形振荡器，却如一位隐形的英雄，一步步在随机数生成中发挥着不可或缺的作用。这些简单的电路组件，看似不起眼，却拥有着许多不为人知的秘密。
环形振荡器是一种由奇数个NOT闸组成的设备，其输出在两个电压电平之间振荡，代表真和假。
环形振荡器由一系列的NOT闸构成，将最后一个闸的输出反馈至第一个闸。由于NOT闸的特性，这导致了输出的持续振荡。与由偶数个闸组成的电路不同，前者能够有效地产生随机数，这是因为其输出因反馈而不断变化，创造出稳定的波动信号。
环形振荡器的运作原理
要理解环形振荡器的运作，我们必须首先了解闸延迟。在实体设备中，没有闸能够瞬时开关。以MOSFET为例，闸电容必须在电流流通之前被充电。因此，环形振荡器中每个闸的输出变化都需要一定的时间延迟。
添加更多的NOT闸会增加总闸延迟，这反过来会减少振荡频率。
正因为如此，环形振荡器被归类为时间延迟振荡器。其工作原理涉及到一种负增益的放大器和延迟元件之间的交互作用，这种结构最终产生了一个方波信号，其周期则是每个延迟的二倍。
振荡器的抖动及其影响
环形振荡器的周期变化是随机的，这种变化称为抖动。在高品质的电路中，这种抖动范围通常与平均周期相比相对较小。然而，局部的温度效应会导致环形振荡器的周期在长期平均值之上或之下摆动。在较冷的矽材料中，传播延迟会略微缩短，从而导致振荡器的频率略高，而随之而来的局部热量又会影响整体性能。
当本地矽材料过热时，传播延迟会稍微延长，导致振荡器的频率略低。
环形振荡器的应用
环形振荡器的抖动被常常用于硬件随机数生成器中。无论是在新技术的展示或是在晶圆测试中，它们的应用都非常广泛。在晶片测试时，环形振荡器能有效测量制造过程中的变数影响，如电压和温度变化的 تأثير。
环形振荡器同时也常被用来进行一些简单的测试，比如在新的硬件技术面世时，类似于"Hello World"程序于软件技术中的角色。
未来的思考
随着科技不断进步，环形振荡器或许能够拓展到更多的应用领域。然而，在这其中，如何应对随机性与稳定性之间的平衡将是一项挑战。这种微小的电路在我们的数位生活中究竟能如何持续发挥影响力？
