[发明专利]一种采用磁场触发的磁电数据触发器及其实现方法

说明书

本发明提出了一种采用磁场触发的磁电数据触发器及其实现方法，包括三层磁电异质结以及均匀缠绕在异质结外围的铜质线圈，磁场脉冲触发信号由施加在矩形磁电异质结两端的电磁铁提供，利用磁电效应通过控制偏置磁场诱导磁致伸缩相产生不同程度的磁化，从而对磁电异质结的动态磁‑机应变进行调控，在交变磁场的激励下通过改变偏置磁场方向和大小出现的剩磁实现输出电压的保持与转换功能，使磁电异质结的铁电层产生非易失性的电压，并引起输出高/低电平状态的改变，进而实现经典数据触发的“跟踪”与“保持”功能。与传统D触发器相比，磁电数据触发器具有低损耗、响应快以及接线简单等显著优势，可以替代传统D触发器并将其应用于现代数字化系统中。

技术领域

本发明涉及D触发器的技术领域，尤其涉及一种采用磁场触发的磁电数据触发器及其实现方法。

背景技术

数据触发器(D 触发器)是一种具有记忆功能以及双稳定状态转换的信息存储器件，是在现代大规模数字集成电路设计中，尤其是在同步时序集成电路、时钟分频、数据锁存设计中的一种重要的逻辑单元电路。D触发器主要在数字系统以及计算机系统具有广泛的应用，可用作数字信号的寄存、移位寄存、分频、波形发生以及计数等逻辑功能器件。

现有的D触发器由许多门电路或者许多数量的晶体管电路构成，但是现有的COMS技术所制备的晶体管具有漏电流和沟道效应，尤其是随着运行时间的增加，这种漏电流和沟道效应会产生大量的热，增加了不必要的损耗。此外，不论是由门电路还是晶体管构成的D触发器，需要其组成一定的逻辑阵列才能完成D触发器的功能，这就意味着需要使用大量的导线和使用多个晶体管。这种也将导致接线冗余，增加不必要的电路损耗、增加了响应时间以及不利于器件的小型化。在专利申请号为“201910511022.7”、专利名称为“一种基于磁性斯格明子的锁存器与触发器及控制方法”中公开了基于磁性斯格明子的锁存器为重金属HM层和铁磁FM层的双层结构，由两个基于磁性斯格明子的锁存器级联构成触发器，降低了功耗，但是这个结构的触发器是通过改变输入端D的施加电压作为触发信号源，控制磁性斯格明子在铁磁层中的位置，在结构上仍需要使用一定的导线，与传统的D触发器相比，研发一种可以具有低损耗、接线简单、紧凑型的D触发器更具有实际意义。

发明内容

针对目前传统的D触发器接线冗余，体积大，电路损耗严重和响应时间长的技术问题，本发明提出一种采用磁场触发的磁电数据触发器。

为了解决上述问题，本发明的技术方案详述如下：

一种采用磁场触发的磁电数据触发器，包括两层铁磁元件，两层铁磁元件之间设置有压电元件，两层铁磁元件和压电元件整体缠绕有铜质线圈，铁磁元件外侧且沿铁磁元件长度方向设置有偏置磁场源，在交流磁场下，偏置磁场源与铁磁元件相配合，铁磁元件与压电元件相配合，压电元件上下表面均设置有电极，电极上引出有导线。

优选地，所述两层铁磁元件对称设置在压电元件两侧且两层铁磁元件和压电元件整体形状为三明治结构；所述两层铁磁元件和压电元件以及其外部的铜质线圈组成磁电数据触发器结构。

一种采用磁场触发的磁电数据触发器的实现方法，包括以下步骤：

S1、首先对交流磁场源通入交流电流，使两层铁磁元件层和压电元件层产生磁致伸缩效应和压电效应，此时压电元件上引出的导线输出磁电电压信号；

S2、根据步骤S1，当交流磁场频率为谐振频率情况下，通过逐步提高偏置磁场源的直流电流强度，偏置磁场源产生的偏置磁场强度同步提高，铁磁元件层的磁化强度随着偏置磁场强度先增大后减小，铁磁元件与压电元件整体组成的磁电异质结产生的磁电电压系数随着偏置磁场强度先增大后减小。

S3、根据步骤S2，在偏置磁场强度不变时，改变偏置磁场源通入的直流电流方向时，铁磁元件层外侧偏置磁场方向改变，磁电电压系数的符号也发生变化；