一种基于微纳间隙二极管阵列的电压采样电路

本发明涉及微纳间隙器件领域和模数转换电路设计领域，尤其涉及一种基于微纳间隙二极管阵列的电压采样电路。

背景技术：

微纳间隙器件，通过施加电场致使导体或半导体与绝缘体接触面附近势垒发生弯曲和变窄，导致电子隧穿出导体或半导体，并在电场的作用下在间隙中进行弹道运输形成电流，当间隙内为气体环境时，电子在高场强作用下与气体分子碰撞，致使气体分子发生电离进一步提高发射电流密度，因此微纳间隙器件速度比固态电子器件速度快。adc电路是一种将模拟信号转换成数字信号的电路，近年来在物联网等产业的快速更新换代下，adc芯片持续向更快速度、更高精度、更低功耗、更小面积发展。adc一般分为积分型adc、逐次比较型adc、流水线型adc等。其中，由于流水线型adc的采样电路采用多个比较器对模拟信号并行采样，因此其速度较快，但也因其比较器数量大，其功耗较大、面积较大。因此研究新型采样电路有助于解决流水线型adc的上述缺点。

技术实现要素：

技术问题:本发明目的是提出一种基于微纳间隙二极管阵列的电压采样电路，该器件包含不同间隙尺寸的微纳间隙二极管，二极管间隙不同，其开启的阈值电压不同，导致相应支路的导通电压值不同，从而能够实现对不同等级电压值进行采样。二极管尺寸小，有利于大量集成以进一步提高流水线型adc的采样精度和范围，并且二极管开启电压速度快，有利于实现快速采样。

技术方案：本发明的一种基于微纳间隙二极管阵列的电压采样电路包括：信号输入接口、微纳间隙二极管阵列、引线、电阻、稳压二极管、信号输出端口；其中，信号输入接口接微纳间隙二极管阵列的正端，微纳间隙二极管阵列的负端通过引线接电阻，电阻的另一端分别接稳压二极管和信号输出端口。

所述的微纳间隙二极管阵列中每个二极管的间隙尺寸不同，其间隙尺寸在微米和纳米量级；二极管数量为任意值。

所述的微纳间隙二极管阵列中间隙材料为真空或者气体环境，其电极由导体材料制成。

所述的微纳间隙二极管阵列、电阻、稳压二极管通过引线串联，稳压二极管的负极接地，稳压二极管的数量与微纳间隙二极管阵列的数量相同。

所述电阻的另一端分别接稳压二极管和编码器，编码器的输出端接信号输出端口。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：

1、与其他非流水线型adc采样电路相比，本发明电路的工作方式属于流水线型采样方式，具有更快的采样速度；

2、与传统流水线型adc相比，本发明电路采用微纳间隙二极管完成电压比较的功能，微纳间隙二极管速度快，具有更快的采样速度；

3、与传统流水线型adc相比，本发明电路采用微纳间隙二极管完成电压比较的功能，微纳间隙二极管制备简单、面积小，制备成本更低；

4、与传统流水线型adc相比，本发明电路采用微纳间隙二极管完成电压比较的功能，微纳间隙二极管面积小，可大规模制备，有利于提高流水线型adc的采样精度和范围；

附图说明

图1、为本发明提供的一种基于微纳间隙二极管阵列的电压采样电路的电路示意图；

图2、为本发明提供的一种基于微纳间隙二极管阵列的电压采样电路的简易adc工作原理图；

图中有：信号输入接口1、微纳间隙二极管阵列2、引线3、电阻4、稳压二极管5、信号输出端口6。

具体实施方式

本发明提出一种基于微纳间隙二极管阵列的电压采样电路，该采样电路主要包括：信号输入接口、微纳间隙二极管阵列、引线、电阻、稳压二极管、信号输出端口。

所述载微纳间隙二极管阵列通过控制间隙的尺寸来控制支路开启的电压值，支路导通之后，输出接口的电压值维持在稳压二极管的电平值，完成相应等级的电压值采样。

信号输入接口与微纳间隙二极管阵列连接。

该电路包含微纳间隙二极管阵列，且微纳间隙二极管阵列中每个二极管的间隙尺寸不同，二极管数量为任意值；其间隙尺寸在微米和纳米量级；间隙材料为真空或者任意气体环境，其电极可由任意导体材料或半导体材料以任意工艺制成。所述的半导体薄膜层在背栅电极电压的作用下出现强反型时反型层的厚度与半导体薄膜层厚度相当，其材料为任意掺杂浓度的半导体材料。

所述的微纳间隙二极管阵列、电阻、稳压二极管通过引线串联，稳压二极管接地，稳压二极管的数量为任意值。所述的收集极薄膜层与凹槽侧壁平齐或者悬于凹槽顶部。其材料任意导电材料中的一种或者多种。

设计尺寸不同尺寸的微纳间隙二极管，可控制不同支路的导通电压值，支路未导通时，输出端电平为低电平，支路导通后输出端电压值为高电平，意味着输入信号的幅值大于该支路的阈值电压。这种方式可替代比较器的功能。

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释：

实施例1：

一种基于微纳间隙二极管阵列的电压采样电路，如图1-2所示，该电路包含：自下而上分别为：信号输入接口(1)、微纳间隙二极管阵列(2)、引线(3)、电阻(4)、稳压二极管(5)、信号输出端口(6)。

其中模拟信号从信号输入接口(1)输入；

微纳间隙二极管阵列(2)可在氧化硅片上采用电子束光刻、显影、电子束沉积ta金属薄膜、剥离的工艺流程制备，纳米间隙尺寸分别为60nm、80nm、100nm、120nm；

电阻(4)为100欧姆；

稳压二极管(5)电平为0.7v；

编码器采用四输入编码器，adc电路如图2所示，采样信号输入编码器后即可完成模拟信号向数字信号转换。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明的限制。在本发明的精神和权利要求的保护内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种基于微纳间隙二极管阵列的电压采样电路，其特征在于：该电路包括：信号输入接口(1)、微纳间隙二极管阵列(2)、引线(3)、电阻(4)、稳压二极管(5)、信号输出端口(6)；其中，信号输入接口(1)接微纳间隙二极管阵列(2)的正端，微纳间隙二极管阵列(2)的负端通过引线(3)接电阻(4)，电阻(4)的另一端分别接稳压二极管(5)和信号输出端口(6)。

2.如权利要求1所述的一种基于微纳间隙二极管阵列的电压采样电路，其特征在于：所述的微纳间隙二极管阵列(2)中每个二极管的间隙尺寸不同，其间隙尺寸在微米和纳米量级；二极管数量为任意值。

3.如权利要求1所述的一种基于微纳间隙二极管阵列的电压采样电路，其特征在于：所述的微纳间隙二极管阵列(2)中间隙材料为真空或者气体环境，其电极由导体材料制成。

4.如权利要求1所述的一种基于微纳间隙二极管阵列的电压采样电路，其特征在于：所述的微纳间隙二极管阵列(2)、电阻(4)、稳压二极管(5)通过引线(3)串联，稳压二极管(6)的负极接地，稳压二极管(6)的数量与微纳间隙二极管阵列(2)的数量相同。

5.如权利要求1所述的一种基于微纳间隙二极管阵列的电压采样电路，其特征在于：所述电阻(4)的另一端分别接稳压二极管(5)和编码器，编码器的输出端接信号输出端口(6)。

技术总结
本发明公开了一种基于微纳间隙二极管阵列的电压采样电路，该电路包括模拟信号输入接口、微纳间隙二极管、引线、电阻、稳压二极管、编码器和数字信号输出端口。其中特定间隙尺寸的微纳间隙二极管、电阻、稳压二极管形成一条支路，当模拟信号的电压高于该支路的微纳间隙二极管时，该支路导通，不同间隙尺寸二极管的阈值电压不同，可以实现对模拟信号的不同电压等级进行检测。微纳间隙二极管尺寸小、设计简单、电压开启速度快，该电路在高速模数转换领域具有很好的应用前景。

技术研发人员：王琦龙;张光曙
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2020.12.30
技术公布日：2021.04.09